England Under-19 hade en läkare på fredag och kom överens om ett femårigt avtal med Premier League klubben.
Den 18-årige kommer att starta försäsongen med de röda men förväntas gå ut på lån, med Championship sidan Derby trodde att vara intresserad.
"Det är en dröm som besannas. Det är lite surrealistiskt och har inte riktigt slagit mig än. Men jag surrar och bara glada att komma igång, "sade Gomez.
"Klubben har fått stor historia, det är en bra klubb och en som jag alltid har följt från när jag var ung.
"Här var någonstans jag ville gå och bli bättre och lära, och spela bra fotboll. Det var ett enkelt beslut."
Gomez vann 2014 EM i Malta med England Under 17 sida.
Han gjorde 24 framträdanden för Charlton förra säsongen och är Anfield klubbens fjärde sommar signering, efter mittfältaren James Milner, anfallaren Danny Ings och målvakten Adam Bogdan.
Liverpool har signerat Charlton-försvararen Joe Gomez för 3,5 miljoner pund.