Paisley-födde sångaren Nutini kommer att bli den bästa skådespelerskan för Konserten i Trädgårdarna, hans enda festivalföreställning 2016, medan indiefavoriterna kommer att stå över Waverleyscenen.
Evenemanget beräknas vara värt mer än 40 miljoner pund för ekonomin.
Ökad förvaltning och säkerhet kommer att innebära högre priser för vissa händelser, inklusive Torchlight procession.
Nutini sa: "När de erbjöd oss spelningen, var jag påhittad, eftersom det var 10 år sedan som vi hade dykt upp på slottet, radade upp för att spela tillsammans med Pet Shop Boys och tyvärr var det en washout... tvingar makt-som-vara att avbryta.
"Vi gick tillbaka som en tre-delars -08 för att spela en liten uppsättning innan legging det till Glasgow för George Square, men detta ger oss nu en chans att kompensera för förlorade spelningar.
"Vi hade inga planer för någon show i år efter Wales men detta var den enda som, genom åren, jag hoppades att vi skulle få en ny chans på.
"Edinburgh är elektrisk vid den tiden på året och jag är glad att vi får en chans att vara en del av det."
Charlatans sångerska Tim Burgess sade: " Ingenstans i världen ser man under det nya året som Skottland.
"Jag har varit i Edinburgh förut för Hogmanay och det är alltid lysande. Ser fram emot ännu en stor kväll."
Omkring 75 000 uppvaktare förväntas delta i firandet i Edinburghs centrum, med underhållning över sju utomhusscener.
Slottsscenen kommer att innehålla skotsk musik från artister som Salsa Celtica, Manran och Ross Ainslie, Ali Hutton och Friends.
Frederick Stage kommer att ha DJs, dansare och artister från Guilty Pleasures medan Mound Stage kommer att visa upp jazzartister som James Brown är Annie, Brass Gumbo och Blues n Trouble.
En levande konsert kommer också att äga rum i St Giles 'katedralen och den rekordkrossande gamla staden Ceilidh kommer att återvända till Parliament Square.
Evenemanget kommer att avrundas med en fyrverkerivisning från räcken av Edinburgh Castle.
Edinburghs Hogmanay, som beskrivs som Storbritanniens största musikfestival utomhus vinter, har producerats av Unique Events på uppdrag av staden Edinburgh Council sedan 1993.
Det förväntas föra in 150 000 besökare från mer än 80 länder över tre dagars firande, vilket ger staden en uppskattad Â £ 40m uppsving.
Andra händelser som bekräftats är den årliga torchlight procession den 30 december, "Loony Dook" dopp i Forth på South Queensferry, Scot:Lands festival för musik, konst och teater den 1 januari och finalen Fling stängning celidh, också på nyårsdagen.
Penny Dougherty, chef för Edinburghs Hogmanay, sade: "Edinburghs Hogmanays plats vid sidan av nyårsfirandet av världens ledande städer bevisar att Edinburgh fortsätter att slå över sin tyngd och att Skottland är hem för svinet.
"Som världens ledande festivalstad och på baksidan av två utsålda år, ser vi fram emot ytterligare en upplivande tre dagar av hogmanay firande."
Paolo Nutini och Charlatans har tillkännagetts som huvudakter för Edinburghs Hogmanay-firande.