Det 25-åriga låset utvecklades genom Pro12-klubbens akademisystem.
"Det är min hemregion, där jag har vuxit upp, och det är en ära att kunna registrera sig i ytterligare tre år", sade den tidigare Wales Under-20 internationella.
Ospreys huvudtränare Steve Tandy sa: "Han får inte den ära han förtjänar utanför vår miljö, men han är konsekvent, han är flitig."
Lloyd Ashley har förbundit sig till Ospreys fram till 2019 genom att underteckna en treårig förlängning av avtalet.