Den 22-årige norrmannen har tillhört Real Madrid sedan 2015, men haft svårt att ta en ordinarie plats i laget.
De tre senaste säsongerna har han varit ute på olika lånesejourer. Bland annat i Real Sociedad där han i fjol kamperade ihop med svenske Alexander Isak och ledde klubben titeln i Copa Del Rey-finalen som man senare vann.
Men då hade Ødegaard redan lämnat för Arsenal. Nu meddelar Londonklubben att övergången från Real Madrid blir permanent.
Enligt fotbollsjournalisten Fabrizio Romano har norrmannen skrivit ett femårskontrakt och övergångssumman uppges landa på 40 miljoner euro, cirka 400 miljoner kronor.
Det blir dock inte något spel i helgens rivalmöte med Chelsea då Ødegaard fortfarande väntar på sitt arbetsvisum.