Avtalet uppskattas vara värt hundratals miljoner dollar och börjar gälla nästa säsong då Formel 1 firar 75-årsjubileum.
LVMH blir därmed en av motorsportens huvudsponsorer tillsammans med bland andra DHL, Heineken, Pirelli och Qatar Airways.
Lyxföretaget, som ägs av en av världens rikaste människor, Bernard Arnault, sponsrade OS i Paris i somras.