Liverpool-födde Andrew Goodall har arbetat i NHS i 23 år och är före detta chefsdirektör för Aneurin Bevan University Health Board.
Han efterträder David Sissling, som utsågs till chef för Kettering General Hospital NHS Foundation Trust tidigare i år.
Dr Goodall sa att han hade förmånen att ha blivit erbjuden posten.
Den walesiska regeringen sade att Dr Goodall hade arbetat i Wales under större delen av sitt liv, efter att ha flyttat till landet vid en ung ålder.
Han har en juristexamen från Essex University och en doktorsexamen i hälso- och sjukvård från Cardiff Business School.
Han blev Aneurin Bevan University Health Boards verkställande direktör i juni 2009 och har lett ett antal nationella program och initiativ. Senast har han stött en ministergranskning av behandlingen av klagomål som kommer att rapporteras inom kort.
Han sa: "Jag förstår naturligtvis de påtryckningar och förväntningar som NHS står inför, men vet också att vi har ansvar och möjlighet att göra de nödvändiga förändringarna, inklusive hur vi balanserar våra tjänster med fokus på att förbättra den walesiska befolkningens långsiktiga hälsa."
Dr Goodall kommer att leda den walesiska regeringens avdelning för hälso- och sjukvård samt socialtjänst, förutom att vara verkställande direktör för NHS Wales.
En före detta chef för hälsostyrelsen har utsetts till ny chef för NHS i Wales.