Efter att ha deltagit i showens julspecial 2015 tillsammans med Peter Capaldi och Alex Kingston, kommer Lucas att återuppstå rollen som River Songs tidigare assistent Nardole.
"Jag är chockad över bitar som Nardole återvänder till Tardis för några fler äventyr," Lucas sade.
Stjärnan kommer att visas i det inledande avsnittet i serie 10, som börjar filma i Cardiff den 20 juni.
Steven Moffat, ledande författare och exekutiv producent, tillade att han var "glad och något förvånad över att välkomna Matt Lucas tillbaka till Tardis - och den här gången är det inte bara för jul, han stannar kvar".
"En av de största komeditalangerna på planeten Jorden släpps lös i all tid och rum."
Capaldi kommer tillbaka som doktor medan Pearl Mackie ersätter Jenna Coleman som sin nya följeslagare, Bill, i sin första stora TV-roll.
Lucas sa att han såg fram emot att återgälda sin roll i sci-fi drama eftersom han "älskade skådespeleri med Peter och jag är glad att arbeta med Pearl".
Även tillkännagivit att vara med i serien i år är Jekyll & Hyde och Sherlock stjärnan Stephanie Hyam.
Doktor Who kommer att återvända till BBC One med en december julspecial följt av en ny serie 2017.
Matt Lucas ska återvända till Doctor Who för sin 10:e serie.