25-åringen, som har 32 landskamper for Spania, har vært i Atlético Madrid hele sin karriere etter å ha kommet gjennom deres eget ungdomsakademi.
– Atléti er klubben i mitt liv og det er en ære å være en del av fremtiden, sa Koke.
Se den bisarre straffescoringen som skaper debatt: – Det er ikke lov
Sportsdirektør José Luis Pérez Caminero la til.
– Det er fantastiske nyheter for alle Atlético Madrid-fans. Koke personifiserer hva det er å være "en Atlético", sa han og fortsatte.
– Han er en veldig støttende spiller i gruppa, jobber utrettelig, har svært høy kvalitet og en enorm vilje til å forbedre seg. Han er en av lagets ledere og har vokst opp med verdiene fra vårt akademi.