De deal verbetert de voorwaarden van zijn vorige contract, dat zou aflopen in 2027 en werd ondertekend toen Mainoo nog 17 was. Rapporten suggereren dat zijn basissalaris zal stijgen naar ongeveer £135.000 per week met prestatiebonussen bovenop.
De verlenging is een scherpe ommekeer in het geluk van een speler die vorig seizoen vroeg om op huurbasis te vertrekken nadat voormalig manager Ruben Amorim hem het hele seizoen tot één basisplaats had beperkt.
Sinds Michael Carrick de leiding heeft overgenomen na de ontslag van Amorim in januari, heeft Mainoo 11 van de 12 wedstrijden gestart, waarbij hij in alle behalve één 90 minuten heeft gespeeld. Die vorm leverde hem een terugroep naar de Engelse selectie onder Thomas Tuchel op.
Het contract bevat geen afkoopsom, volgens Sky Sport Duitsland's Florian Plettenberg -- een detail dat de supporters van United gerust zal stellen na de onzekerheid van de afgelopen maanden.
Mainoo, die op zesjarige leeftijd bij de Academy van United kwam en opgroeide in Stockport, zei dat de club altijd als thuis heeft gevoeld.
"Ik ben opgegroeid met het zien van de impact die onze club op onze stad heeft, en ik geniet van de verantwoordelijkheid die komt kijken bij het dragen van dit shirt."
"We kunnen allemaal de opbouwende momentum binnen de club voelen. Ik ben vastbesloten om mijn rol te spelen in het helpen van Manchester United om regelmatig te strijden voor grote prijzen in de komende jaren."
De middenvelder heeft 98 wedstrijden voor United gespeeld, waarbij hij het winnende doelpunt scoorde in de FA Cup-finale van 2024 tegen Manchester City. Hij vertegenwoordigde ook Engeland in de Euro 2024-finale in Berlijn.
Directeur Voetbal Jason Wilcox zei dat de club volledig gelooft in de ontwikkeling van Mainoo.
"Zijn technische vaardigheden, toegewijde professionaliteit en bescheiden persoonlijkheid maken hem het perfecte rolmodel voor onze jonge spelers en een ware aanwinst voor ons uitstekende Academy-systeem."
United staat momenteel 11 punten voor op de zesde geplaatste Brighton in de race om kwalificatie voor de Champions League, met nog vier Premier League-wedstrijden te gaan.