Prof Yves Barde från Schweiz är känd för sin forskning om hur proteiner i hjärnan fungerar och sin roll i sjukdomar som depression.
Prof Barde, för närvarande vid universitetet i Basel, tillträder sin tjänst vid universitetet i Cardiff i september.
Det stod att vetenskap var ett internationellt företag och "vi importerar en av de viktigaste stjärnorna."
Han utsågs under den walesiska regeringens femåriga projekt Ser Cymru (Stars of Wales) för att utöka universitetens forskningskapacitet inom områdena biovetenskap, avancerad teknik och koldioxidsnål energi och miljö.
Prof Barde fick ett internationellt erkännande 1989 med upptäckten av en gen som skapar en protein - hjärnderiverad neurotrofisk faktor (BDNF) - som är involverad i antal hjärnprocesser inklusive minne.
Han har utforskat BDNF:s roll i friska hjärnfunktioner tillsammans med dysfunktion.
Nyligen hans team vid University of Basel fokuserade på hur vissa läkemedel kan öka BDNF nivåer i specifika områden av hjärnan.
Forskningen hjälpte till att utveckla nya läkemedel, inklusive den första orala behandlingen av multipel skleros.
Prof Barde säger att han hoppas utveckla sina nuvarande forskningsintressen att använda stamceller för att förstå hur hjärnan fungerar och även för att utforska psykiska sjukdomar som depression.
Han sade: " En del av det arbete som jag kommer att utföra i Cardiff kommer att handla om att förstå innebörden i kopplingen mellan nervsystemet och neurologiska sjukdomar som för närvarande är ganska mystiska, särskilt när det gäller depression.
– Men tillsammans med flera framstående forskargrupper vid Cardiffs universitet kommer jag också att sträva efter att främja forskning med hjälp av embryonala stamceller och omprogrammerade somatiska celler för att öka förståelsen av neuronal dysfunktion.
"Det här är en riktigt spännande tid för mig, och för framsteg inom neurobiologi och för vetenskap i Wales."
Cardiffs universitet är redan allmänt erkänt för forskning om stamceller.
Universitetets kansler och Nobelpristagare, Sir Martin Evans, var den första forskaren som identifierade embryonala stamceller.
Dessa är celler som tas från ett embryo och som kan utvecklas till många andra typer av celler som sedan kan anpassas för en mängd olika medicinska ändamål.
Det finns ett visst motstånd mot denna forskning på moraliska eller etiska grunder, även om forskningen har visat sig vara mycket värdefull för att förstå många sjukdomar.
Cardiff Universitys rektor Colin Riordan tror att utnämningen kommer att bygga på universitetets starka sidor.
– Det är ett bevis på universitetets befintliga styrkor inom neurovetenskap och stamcellsforskning att vi kan attrahera en forskare från Prof Bardes kaliber.
"Genom att arbeta med andra inom sitt område kommer Prof Barde att kunna hjälpa Cardiff University att ta itu med några av vår tids största hälsoutmaningar."
Prof Ole Petersen, chef för universitetets biovetenskapsskola, berättade för BBC Wales: "Jag är mycket glad över denna stora möjlighet att främja världsledande forskning.
"Vetenskap är ett internationellt företag. Vi ser i hela Europa att länder med den mest internationaliserade vetenskapen gör den bästa vetenskapen.
"Och vi importerar en av de viktigaste stjärnorna."
Ekonomi- och vetenskapsminister Edwina Hart sade: "En stark vetenskaplig forskningskapacitet är avgörande för att förbättra vårt ekonomiska välbefinnande och säkra en välmående, hälsosam och hållbar framtid för Wales.
"Vi har redan mycket att vara stolta över inom vetenskap och innovation i Wales men Ser Cymru-programmet kommer att hjälpa oss att bygga vidare på det för att utveckla en dynamisk och stark bas i Wales."
Ett 50 miljoner pund projekt för att locka forskare i världsklass och deras team till Wales har gjort sin första utnämning.