Er is een overeenkomst bereikt na enkele dagen van onderhandelingen tussen de twee clubs.
De transfer is €25 miljoen waard inclusief bonussen, volgens Foot Mercato.
Sochaux, Mayenda's eerste professionele club, ontvangt 20% van eventuele toekomstige winst op de deal.
Mayenda is de vijfde nieuwe aanwinst van Rennes deze zomer, na Adrien Thomasson, Issa Soumaré, Gonçalo Oliveira en Nicolas Lemaitre.
De 21-jarige keert terug naar het Franse voetbal drie jaar nadat hij Sochaux verliet voor Sunderland.
Mayenda maakte zijn professionele debuut voor Sochaux in december 2021, en werd de jongste speler ooit van de club in een competitiewedstrijd op 16 jaar en zeven maanden oud.
Hij kwam in juli 2023 bij Sunderland en bracht een deel van het seizoen 2023-24 op huurbasis door bij Hibernian in Schotland voordat hij terugkeerde naar het Stadium of Light.
De aanvaller heeft 45 wedstrijden gespeeld in de Championship voor Sunderland, waarin hij acht doelpunten heeft gescoord en vijf assists heeft gegeven.
Hij scoorde bij zijn Premier League-debuut voor Sunderland afgelopen seizoen, en maakte het openingsdoelpunt in een 3-0 overwinning op West Ham United.
Toegenomen concurrentie voor plaatsen in de Premier League beperkte Mayenda's kansen, ondanks enkele veelbelovende prestaties vanaf de bank.
Rennes hoopt dat de overstap Mayenda het regelmatige eerste elftalvoetbal biedt dat moeilijker te verkrijgen was in Engeland.