O jogador de 24 anos, uma ausência surpreendente na convocação do Brasil para a Copa do Mundo, teria despertado o interesse de vários clubes de ponta.
"Sempre sonhei em jogar em um grande clube e significa muito para mim assumir esse compromisso de longo prazo", declarou João Pedro em um comunicado.
"Tenho uma relação muito boa com todo mundo aqui do clube e me senti em casa em Londres desde o primeiro momento em que cheguei."
Contratado junto ao Brighton no ano passado, Pedro marcou 20 gols em todas as competições.
O Chelsea começa sua campanha na Premier League fora de casa contra o Fulham, na segunda-feira (24).