De 27-jarige verlaat Anfield als een vrije speler nadat Liverpool en zijn kamp er niet in slaagden de kloof over zijn waarde en salaris te dichten, waarmee een verblijf van vijf jaar op Merseyside eindigt.
Real Madrid bevestigde de transfer in een verklaring.
"Hij zal de komende vier seizoenen speler van Real Madrid worden, tot 30 juni 2030," zei de club.
Konate kwam in 2021 van RB Leipzig naar Liverpool voor £35 miljoen op een vijfjarig contract en maakte in totaal 183 wedstrijden in alle competities voor de club.
Hij won de Premier League, de FA Cup en twee League Cups tijdens zijn tijd op Anfield, en vestigde zich als een vaste waarde naast Virgil van Dijk in de centrale verdediging.
Konate is momenteel met Frankrijk op het WK 2026.
Voordat hij zich bij het nationale team voegde, sprak hij over zijn laatste optreden voor Liverpool, in de 2-1 overwinning op Brentford op 24 mei die het Premier League-seizoen afsloot.
"Ik wist niet dat het mijn laatste keer zou zijn dat ik dit shirt voor jullie droeg," zei hij.
Hij voegde eraan toe dat hij diep bedroefd was dat hij die dag niet de kans had gekregen om afscheid te nemen van de supporters.
Real Madrid volgt de situatie van Konate al maanden en handelde snel toen zijn vertrek bij Liverpool werd bevestigd, waardoor ze een Premier League-winnaar aan hun defensieve opties toevoegden zonder transferkosten.
Bayern München, Barcelona en verschillende Saoedische clubs hadden ook interesse getoond in de centrale verdediger, maar Real Madrid was de eerste die een concrete benadering deed toen duidelijk werd dat hij niet zou blijven bij Anfield.
De deal zet een recente trend voort van spelers van Anfield die naar het Bernabeu gaan, waarbij Konate zich zal voegen bij zijn Franse teamgenoten Kylian Mbappe, Aurelien Tchouameni, Eduardo Camavinga en Ferland Mendy, die al gevestigd zijn in de Spaanse hoofdstad.
Liverpool heeft al stappen ondernomen om de kloof in de verdediging aan te pakken, door een deal te sluiten om landgenoot Jeremy Jacquet deze zomer van Rennes binnen te halen.