Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
52-åringen ersätter Richie Foran, som avskedades efter att ha förvisats från premiärministern.
Han har undertecknat ett tvåårigt avtal efter att ha lämnat sin chef för coach utbildning post på Hearts, där han tillbringade 18 år på en spelare och manager.
Highlanders vann befordran till toppflyget för första gången under Robertsons ledning 2003.
Robertson åkte 2004 för att ta över Hearts och har haft trollformler som leder Ross County, Livingston och Derry City.
Han har inte innehaft någon ledande befattning sedan han lämnade East Fife i mars 2012.
"Den här gången förra veckan var det inte ens på radarn," Robertson sa om jobbet. "Jag ansökte inte om jobbet, jag hade ett mycket ansvarsfullt, hög profil jobb på Hearts - reklam och akademin, arbetar som chef för coaching där för att bygga upp det.
"Jag blev lika förvånad som någon annan när samtalet kom in för att säga, skulle du vilja komma upp och prata?
"Detta är en enorm utmaning och en som jag ser fram emot, och det är en som vi kan uppnå tillsammans som en klubb. Vi vet vad som ligger framför oss. Det är mycket lättare att stanna i Premiership, tror jag, än att få ut mästerskapet, men det är en utmaning vi kommer att möta rakt på sak.
"Fansens förväntningar kommer att vara höga, och det borde de vara, men de kommer inte att vara högre än mina."
Caley Thistle ordförande Willie Finlayson tillade: " Vi hade en utmärkt intervjuprocess med några starka kandidater, men John framstod som vårt enhälliga val.
"Vi blev enormt imponerade av hans enorma drivkraft, beslutsamhet, kommunikation och motivationsförmåga.
"Han har uppenbarligen en stor kunskap om spelet i Skottland och är både väl respekterad och ansluten. Vi tror fullt och fast att han är rätt man att leda oss tillbaka in i Premiership."
Efter John Hughes avgång, blev Foran befordrad till spelare-chef förra sommaren på ett fyraårigt kontrakt, efter att ha varit på klubben sedan 2009.
De vann tre av sina senaste fem fixturer men kunde inte undvika att avsluta sist och släppa ner till mästerskapet.
Ordförande och verkställande direktör Kenny Cameron avstod tre dagar efter att nedflyttningen bekräftades.
Aberdeen beviljade Inverness CT tillstånd att tala med Under-20-tränaren Paul Sheerin om deras lediga chefsjobb innan han bestämde att Robertson var mannen att föra dem framåt.
John Robertson är ny chef för Inverness Caley Thistle, återvänder till klubben han lämnade för nästan 13 år sedan.