24-åringen lämnar nu Bundesliga för Premier League. Övergångssumman uppges ligga på runt 550 miljoner kronor.
Han blir kvar i Leipzig säsongen ut, men möter upp sina nya lagkamrater i juli. Sedan tidigare har London-klubben redan värvat Ajax-stjärnan Hakim Ziyech till kommande säsong.
– Jag är lycklig över att ha skrivit på för Chelsea. Det är ett stolt ögonblick för mig att få ansluta till en sådan stor klubb, säger tysken till klubbens hemsida.
Anfallaren har svarat för 26 mål på 32 matcher i Bundesliga den här säsongen.
I Leipzig har Werner varit lagkamrat med Emil Forsberg sedan 2016.