Lynton Crosby kommer att börja arbeta deltid som kampanjkonsult i januari och öka sitt engagemang före det allmänna valet.
Brian Crosby arbetade först för partiet i den misslyckade valkampanjen 2005 när Michael Howard var ledare.
Shapps sade att han var en "allvarlig kampanjledare" som skulle få "fokus".
BBC politisk korrespondent Chris Mason sade att Australien var inställd på att bli en "stor figur" i de konservativas strategi för nästa val.
Mr Crosby är känd för att vara skicklig på att trycka på "subliminella budskap" i områden som invandring och våldsbrott, sade vår korrespondent.
Men hans utnämning kan visa sig kontroversiell. Förra månaden sa f.d. vice partiordförande Lord Ashcroft att det skulle vara ett misstag att anställa Mr Crosby, som kan vara en "recept för... konflikt och förvirring".
Vissa i partiet anser att han är för högerkanten för att vädja till mer moderata brittiska väljare, medan andra anser att premiärministern har tillräckligt med rådgivare och utnämningen är onödig, sade vår korrespondent.
Shapps sade till BBC:s söndagspolitik: "Det här är en seriös kampanjör. Lynton ger den typ av fokus som krävs för att hantera kampanjer och vi har ett stort jobb att göra för att förklara vad som händer.
"Detta land är i en global ras. Vi måste kunna ta oss ut dit, visa att vi kan säkra en lysande framtid för Storbritannien."
Mr Crosby arbetade tidigare med en rad framgångsrika kampanjer tillsammans med före detta Australiens premiärminister John Howard.
Han arbetade för de konservativa för Michael Howards misslyckade valkampanj 2005, som fokuserade på brottslighet och invandring.
Men han fortsatte att arbeta med Mr Johnson i hans mer framgångsrika borgmästarkampanjer i London.
Hans utnämning har välkomnats av Mr Johnson, som beskrev honom som "den bästa kampanjchef jag någonsin sett".
Tidigare denna månad bad han Cameron att "bryta spargrisen" för att få mr Crosby att arbeta för honom.
Han föreslog då att Australien skulle porträtteras som en höger "attack hund" av media men insisterade på att han var "själ av sötma".
Hans utnämning kommer efter att de konservativa förlorat den parlamentariska platsen i byvalet till Corby, i en omröstning där 12,7 procent gick till Labourpartiet.
Det var första gången som Tories förlorade en plats efter halva tiden för val till Labour sedan 1997.
Valet av polis- och brottspoliser fick också det lägsta valdeltagandet i Storbritannien i fredstid, och knappt 15 procent av människorna visade sig rösta på torsdag.
Dessutom har en opinionsundersökning av mer än 2 000 personer från ComRes gett Labour en 12-poängs ledning över Tories - den största fördelen i en ComRes-undersökning i mer än sju år.
Undersökningen genomfördes för Independent på söndag och Sunday Mirror.
Tim Montgomerie, redaktör för politisk webbplats ConservativeHome, skrev att Mr Crosby hade "ett bra rekord av framgång och är kanske alfahannen som Team Cameron har saknat".
Konservativ kommentator Iain Dale berättade BBC News utnämningen var ett "fantastiskt drag" för partiet och Mr Crosby hade en "bra meritlista".
Han sade att premiärministern och Mr Crosby inte alltid hade "sett öga mot öga" och gnistor kunde flyga mellan de två männen, men han var "exakt rätt man för jobbet".
Den australiensiske strategen bakom Boris Johnsons borgmästarkampanjer är att arbeta för de konservativa, har Tory ordförande Grant Shappers sagt.