Den 35-årige fladdermössen kommer att koppla upp sig igen med sin före detta Black Caps lagkamrat Daniel Vettori, som utsågs Middlesex tjugo20 tränare på en treårig affär i december.
McCullum arbetade under Vettori på Big Bash sida Brisbane Heat i vinter.
Samtidigt har James Franklin, 36 år, blivit heltidskapten i County Championship och One-Day Cup.
Franklin tog över kaptenskapet på interimsbasis förra säsongen efter en skada på Adam Voges och hjälpte styra klubben till sin första Championship titel sedan 1993.
"Det är en mycket spännande tid för klubben, få Brendon tillbaka igen efter hans stint med oss förra året," Franklin berättade BBC Radio London.
"Han är en av de bästa kaptenerna i världens cricket i modern tid så det kommer att bli spännande för spelare att arbeta med honom.
"Och Dan är ombord som Twenty20 coach, jag tror att det visar hur progressiv klubben tittar på saker.
"Att få komma in i en tränare av hans kaliber är enormt spännande."
Förra säsongens T20 Blast kapten Dawid Malan, 29, har utsetts vice kapten i det formatet och kommer att leda sidan när McCullum, som har omsignerat för nio gruppspel, är otillgänglig.
Tidigare Nya Zeeland skeppare Brendan McCullum har utsetts Middlesex kapten för den här säsongens T20 Blast.