De kommer att ersätta Michael Buble som värdar för nästa månads show efter den kanadensiska sångaren drog ut för att ta hand om sin sjuka treårige son.
Brit Awards äger rum på O2 i London den 22 februari.
"Britterna är en ikonisk show som jag har tittat på och deltagit många gånger", säger X Factor presenter O'Leary.
Emma, som för närvarande presenterar The Voice UK, sade: "Att presentera britterna är en ära, men att göra det tillsammans med en av mina absoluta favoriter, Dermot O'Leary är bara knäppare. Sätt på britterna 2017."
Robbie Williams, Little Mix, The 1975 och Emeli SandÃ© har redan bekräftats att uppträda på evenemanget.
Dermot O'Leary och Emma Willis ska presentera årets Brit Awards, arrangörer har meddelat.