Ansökan godkändes med majoritet vid organisationens kongress i London, utan motröster och inga nedlagda röster.
Det brittiska utomeuropeiska territoriet utanför Spaniens sydkust har en befolkning på knappt 30 000 invånare.
Gibraltar kommer att tillåtas delta i kvalet för 2016 års EM.
Territoriet försökte gå med i Uefa 2007 men budet avvisades kontroversiellt. Spanien motsatte sig flytten och hotade att bojkotta både klubb- och internationella tävlingar om det lyckades.
Endast tre av Uefas 52 föreningar röstade för Gibraltar - de engelska, walesiska och skotska fotbollsförbunden.
Tidigare Gibraltar, som har sex toppdivision lag och 600 registrerade seniora spelare, hade fått höra att det inte kunde gå med i Uefa eftersom det inte var ett land som erkänts av FN.
Den antogs som tillfällig medlem i Uefa i oktober 2012 och detta medlemskap har nu ratificerats.
Spanien fortsätter att hävda suveränitet över territoriet, som sedan 1713 har styrts av Storbritannien enligt villkoren i Utrechtfördraget.
Europeiska unionen har satt press på Spanien och Storbritannien för att lösa frågan om Gibraltars status. Båda sidor har, inom ramen för Brysselprocessen som inleddes 1984, försökt nå en överenskommelse.
Men Spaniens insisterande på att så småningom få full suveränitet, och Storbritanniens beslutsamhet att behålla full kontroll över Gibraltars militära bas, har varit bland stötestenarna.
Uefa-ordförande Michel Platini har bekräftat att Gibraltar och Spanien kommer att hållas åtskilda i kvalificerade grupper.
"Gibraltar kommer inte att spela kvalmatcher med Spanien - vi har också denna situation med Armenien och Azerbajdzjan," Platini sade.
"Detta är ett viktigt tillfälle för fotboll i Gibraltar. Uefa medlemskap innebär att vi kan börja nästa kapitel av Gibraltars fotboll, "ordföranden för Gibraltar Football Association, Gareth Latin, sade.
"Äntligen kommer vi att kunna visa hela Europa att vi kan matcha det bästa med fotboll av hög standard och underhållande stil."
Allen Bula, chefstränare på Gibraltars nationella sida, skulle uppskatta chansen att spela landets grannar.
"Jag har alltid sagt att jag gärna skulle spela Spanien. Jag skulle spela dem vilken dag som helst, var som helst, när som helst," berättade Bula för BBC: s World Football program tidigare i år.
"När jag tog över landslaget hade jag ett syfte - att visa Europa och världen att det Spanien sa om oss, att vi bara var i det av politiska skäl och att vi inte hade någon kvalitet, var en massa skräp.
"De har inte låtit oss göra framsteg, vi har aldrig gett upp och nu är vi redo att visa Europa vad vi är gjorda av."
Gibraltar blir den minsta Uefa-medlemmen när det gäller befolkning, efter San Marino (ungefär 32 000), Liechtenstein (ungefär 37 000) och Färöarna (ungefär 50 000).
Gibraltar har godkänts som fullvärdig medlem i Uefa, det europeiska fotbollsstyret.