Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Den 3-1 seger på Solitude innebär David Healys Blues avsluta kampanjen två poäng före Crusaders som hade haft titeln för de senaste två åren.
Crusaders avslutade sin titel utmaning med en 6-1 seger över Glenavon på Seaview men i slutändan var det inte tillräckligt.
Det är Linfields första titel som triumferat sedan de gjorde dubbelspelet 2012.
De är en match bort från en annan dubbel som de möter Coleraine i Irish Cup finalen den 6 maj.
Linfield kan ha lyft County Antrim Shield i februari, men detta kommer att bli en första stor framgång för Nordirland rekordskytt David Healy.
Han tog över som Linfield manager i oktober 2015 och såg sitt lag avsluta säsongen löpare-up i ligan och slagen av Glenavon i koppfinalen.
Clinching titeln i hans första full säsong verkade osannolikt i mitten av februari när korsfarare var nio poäng framåt.
Men Linfield gick på en fantastisk körning plocka upp 43 poäng från en möjlig 45, för att dra nytta av Crusaders "slip-ups.
Linfield släpade på halvtid efter Daniel Hughes på Cliftonville i en 13-minuters ledning men Linfield studsade tillbaka i stil efter pausen.
Waterworth hoppade för en närgående utjämnare och följde det med en lysande individuell strejk som visade sig vara titeln klincher.
Den före detta Glentoran anfallaren gjorde det 3-1 på timmen med ett straff efter att Chris Ramsey blev utvisad.
Med Cliftonville förlora, Ballymenas dragning mot Coleraine lyfte dem till fjärde plats, vilket innebär att de kommer att ha hem fördel mot Dungannon i semi-finalen av Europa League spel-offs.
Cliftonville kommer att vara värd för Glenavon i den andra semifinalen, med matcherna spelas måndagen den 8 maj.
Carrick söker en ny manager som de förbereder för befordran/relegation play-off spel efter Aaron Callaghan slutade minuter efter deras 4-1 nederlag bort till Ballinamallard United.
Andrew Waterworth gjorde en andra halv hatt-trick som Linfield slog Cliftonville för att klinka titeln på en dramatisk sista dag av den irländska Premiership säsongen.