52-åringen återvänder till Formel 1 från sin position som teknisk chef för Audis World Endurance Championship-program, som avslutas denna säsong.
Swiss Zander har tidigare arbetat för Sauber mellan 2006 och 2007 och har haft ledande designpositioner i ett antal andra F1-team.
Hans senaste F1-roll var som biträdande teknisk chef för det titelvinnande Brawn-teamet 2009.
Han har även tidigare arbetat för Honda, Williams och BAR.
Sauber har ställts inför ekonomiska problem under de senaste åren och är för närvarande sista av de 11 lag i årets VM.
Men den schweiziska laget har förhoppningar om att flytta upp nätet nästa säsong efter deras övertagande tidigare i år av en schweizisk finansgrupp som heter Longbow.
Zander sade: "En av mina uppgifter kommer att vara att definiera en stabil och effektiv teknisk organisation som utvecklar kreativitetens potential och därmed grunden för utvecklingen av framgångsrika Formel 1-bilar.
"I början vill vi naturligtvis förbättra och etablera oss som ett team i mitten av fältet. Det är en utmaning som jag väntar på med spänning och entusiasm."
Team rektor Monisha Kaltenborn sade: "Detta är ett mycket viktigt steg för att vägleda laget in i en ny och framgångsrik era.
"Zander passar bra in i vårt team. Han har mycket kunnande i Formel 1, såväl som inom motorsport i allmänhet.
"I vår fabrik i Hinwil kommer han att ha möjlighet att arbeta tekniskt på en mycket hög nivå. Vi är övertygade om att vi kommer att göra framsteg med honom."
Zander gick med i Audi 2010 och ledde laget till fem på varandra följande segrar i Le Mans 24 Timmar från 2010-14.
Sauber har utsett Jorg Zander till ny teknisk direktör.