Den 34-årige Warwickshire kapten har spelat 118 Test matcher, poäng 7,727 körningar i genomsnitt 42,69, men senast representerade sitt land 2015.
Bell, som har 18.533 springer i förstklassig cricket, är fortfarande ambitiös att återfå sin England Test plats.
Han sa att han var "kastad" att skriva på ett nytt kontrakt med klubben han först gick med som en 10-åring.
"Warwickshire är det enda län som jag någonsin velat spela för", tillade han.
"Klubben har spelat en stor roll i min karriär och det är en stor ära att nu vara lagkapten och hjälpa våra unga, begåvade spelare att förverkliga sin potential här på Edgbaston."
Bell har varit en del av ett Ashes-vinnande team vid fem tillfällen, hjälper England vinna urnan 2005, 2009, 2010-11, 2013 och 2015.
Han har spelat i totalt sju serier mot australierna, har också varit en del av turnerande sidan i 2006/07 och 2013/14.
I inhemska cricket, Bell har vunnit sex troféer, inklusive kapten Bears till framgång i förra sommarens Royal London One-Day Cup i sin första säsong som skeppare.
Han är den mest tak internationella cricketer i Warwickshire historia, efter att ha spelat 161 en dag internationella och åtta T20 matcher för England, förutom hans 118 Test framträdanden.
Warwickshire sport regissör Ashley Giles sade: "Ian är en sann björn som har varit med Warwickshire sedan 10 års ålder och har gått vidare till att vara en av de mest dekorerade spelarna i klubbens historia.
"Han fortsätter att vara en av de ledande fladdermössarna i landet i alla tre format och, som vår kapten, sätter han exceptionellt höga standarder för resten av truppen."
England fladderman Ian Bell har tecknat ett nytt avtal med Warwickshire som löper fram till slutet av 2020 säsongen.