Il 35enne ha superato un controllo medico al suo ritorno dalle vacanze prima di firmare il contratto, esaudendo un desiderio di lunga data dell'allenatore Claudio Giraldez di tenerlo al club.
Alonso, che può giocare come difensore centrale o terzino sinistro, avrà ora la possibilità di trascorrere quattro stagioni a Vigo, avendo già aiutato il Celta a raggiungere l'Europa League in ciascuna delle ultime due.
Il Celta ha confermato la notizia in un comunicato: "Dal suo arrivo a Vigo, Marcos Alonso è diventato un elemento chiave nel sistema di Claudio Giraldez.
"La sua versatilità, il potente tiro e la capacità di competere ai massimi livelli gli hanno permesso di assumere un ruolo di leader nella difesa Celeste, essendo un punto di riferimento sia dentro che fuori dal campo."
Il club ha aggiunto: "Con una carriera straordinaria e un impegno totale verso i valori Celeste, Marcos Alonso inizia ora una nuova fase con l'entusiasmo di continuare a intrattenere i tifosi del Celta in una stagione appena iniziata e che promette già grandi emozioni."
Parlando dopo la firma, Alonso ha detto di essere contento di prolungare il suo soggiorno in Galizia.
"Sono molto felice. Questi sono stati due anni di duro lavoro e progresso, e ora si tratta di continuare a progredire e crescere insieme," ha detto, lodando Giraldez come "un pilastro fondamentale del club" che merita gran parte del merito per il recente successo della squadra. Alonso ha aggiunto che restare in Serie A rimane la priorità per la stagione a venire piuttosto che fissare obiettivi ambiziosi.
Alonso è stato il giocatore di movimento più utilizzato del Celta la scorsa stagione, facendo 43 presenze e giocando 3.759 minuti, segnando una volta. Nei suoi due anni al club ha collezionato 76 presenze e segnato cinque gol.
Alonso è arrivato al Celta dopo una carriera errante che ha incluso periodi in Premier League e Serie A, e da allora è diventato una delle voci senior dello spogliatoio sotto Giraldez. Con l'estensione firmata, è uno dei diversi giocatori della prima squadra ora legati a contratti a lungo termine mentre il Celta cerca di costruire su qualificazioni europee consecutive.