På sitt nettsted skriver Premier League-klubben at den kontroversielle italieneren har undertegnet en avtale som gjelder for to og et halvt år.
- Les også:
Di Canio vil starte i sin nye jobb allerede mandag.
Siden han ble manager i 2011 har han ledet nivå 3-klubben Swindon.
– Paolo er meget entusiastisk over utfordringen som ligger foran ham. Han er full av lidenskap og gleder seg til å starte, sier Sunderlands styreleder Ellis Short, som legger til at hovedoppgaven blir å sørge for at klubben holder plassen i Premier League.
44-årige Di Canio har selv spilt for Sheffield Wednesday, West Ham og Charlton i Premier League.
Han har også mange kamper og mål for storklubber som Juventus og Milan i Italia.
Sju serierunder før slutt ligger Sunderland kun ett poeng over nedrykksstreken i den engelske ligaen.