Föreställningen kommer att övervakas av Chic's Nile Rodgers, som producerade Bowies hitalbum Let's Dance 1983.
"Hälsningen kommer att bli ett multisensoriskt bevis på ikonens otroliga konstnärskap och en återspegling av hans gränslösa kreativitet", sade inspelningsakademin i ett uttalande.
Gaga har tidigare tillskrivit Bowie som inspiration.
"Han är som en utomjordisk prins," sa hon en gång till chatshowvärden Alan Carr. Varje morgon vaknar jag och tänker: "Vad skulle Bowie göra?"
"Vi hade redan bokat Lady Gaga på årets show, men när David passerade - nästan i ett ögonblick - visste vi att vi var tvungna att ändra riktning", säger Ken Ehrlich, verkställande producent av Grammys.
"Vi talade genast och kom överens om att hon skulle hedra David. Hon är perfekt för det."
Grammys hålls i Los Angeles den 15 februari. Gaga är nominerad till bästa låt skriven för visuella medier, tack vare hennes Diane Warren-penned ballad Til It Happens To You, från dokumentären The Hunting Ground.
Andra artister på natten inkluderar Adele, Kendrick Lamar, James Bay, Ellie Goulding och Carrie Underwood.
Under sin karriär nominerades Bowie till 11 Grammys men vann bara en gång - när Jazzin' för Blue Jean tilldelades bästa video 1985. Han fick också ett livstidspris för prestation 2006.
Stjärnan dog av cancer den 10 januari, bara några dagar efter att han släppt sitt nya album, Blackstar. Den kommer att vara berättigad till hedersbetygelser vid nästa års Grammyceremoni.
En Bowie hyllning planeras också för Brit Awards, som äger rum den 24 februari. Detaljer har ännu inte meddelats, men mediarapporter tyder på att Noel Gallagher, Bono, Adele och Damon Albarn har blivit inbjudna att delta.
Popstjärnan Lady Gaga ska hedra David Bowie med "en erfarenhetsmässig hyllning" på månadens Grammy Awards.