Mittfältarens avtal med den katalanska klubben sträcker sig fram till den 30 juni 2025, meddelar Barça på sin hemsida.
Gündogan var med och vann trippeln (Premier League, Champions League och FA-cupen) med Manchester City den gångna säsongen, där han även var lagkapten.
Citys tränare Pep Guardiola hoppades kunna övertala Gündogan att förlänga sitt kontrakt med klubben, men nu lämnar alltså 32-åringen för ett nytt äventyr då hans avtal med den engelska klubben går ut i sommar.
"Den här klubben fick mig att förverkliga alla mina drömmar. Det har varit ett privilegium att vara den del av Manchester City de senaste sju åren", säger Gündogan i en kommentar på Citys hemsida.
Den tyske mittfältaren kom till City sommaren 2016 från Borussia Dortmund.