28-åringen kan göra sin debut för Leeds mot Bees på tisdag.
Diagouraga gick med i Griffin Park sida i juli 2010 och gjorde 190 liga framträdanden för klubben.
Leeds huvudtränare Steve Evans sa till BBC Radio Leeds: "Vi ser fram emot hans bidrag inte bara imorgon utan i över många månader och år."
Scottish Championship ledare Rangers hade velat underteckna Diagouragega, men ett avtal kunde inte avslutas med Brentford.
Hitta alla de senaste fotbollsöverföringarna på vår dedikerade sida.
Leeds United har undertecknat franska midfielder Toumani Diagouraga från Brentford för en oanmäld avgift på ett två och ett halvt årskontrakt.