McLaren verkställande direktör Zak Brown sade att han betraktade den 17-årige engelsmannen som "en fantastisk framtidsutsikt".
Norris vann två Formel Renault 2.0 titlar förra säsongen och kommer att flytta till den europeiska Formel tre serien 2017.
Triple världsmästare Lewis Hamilton och Red Bulls Max Verstappen har tidigare tävlat i den kategorin.
Norris sa att han var "ohyggligt upphetsad" över att gå McLaren, vars F1 race förare i år är dubbel världsmästare Fernando Alonso och nybörjare Stoffel Vandoorne.
"Det är förhoppningsvis tar mig ännu ett steg närmare att nå mitt mål att konkurrera i Formel 1," sade han.
"Jag är hedrad över att bli en del av ett så prestigefyllt F1-lag och att få vara med tillsammans med några mycket bra förare och erfarna människor."
Norris kommer att handledas av McLaren utvecklingsförare Oliver Turvey, som McLaren beskriver som "linchpin" av deras F1-simulatorprogram.
McLaren har också behållit japanska Nobuharu Matsushita, en skyddsling av motorpartner Honda, kommer att tävla igen i GP2 och vara McLaren's F1-test och utvecklingsförare.
Dutchman Nyck de Vries, 22, som tävlade i GP3 förra säsongen, är också fortfarande på McLaren böcker men hans program denna säsong har ännu inte avslutats.
McLaren har undertecknat den brittiska tonåringen Lando Norris till sitt unga förarprogram, i syfte att utveckla honom mot en Formel 1-karriär.