ECB har också utsett ex-Test fladdermöss James Whitaker till ordförande för elektorerna efter att ha tillkännagett Geoff Millers överraskningsavgång.
Jag är glad över utmaningen att bygga vidare på den framgång som England har haft under de senaste åren.
Downton, 56, ersätter Hugh Morris, som slutade att ta upp den dubbla rollen som verkställande direktör och verkställande direktör på County Championship sida Glamorgan.
Ex-England kaptener Andrew Strauss och Nasser Hussain var kopplade till jobbet.
"Jag är hedrad över att ha erbjudits denna position och det förtroende som ECB har gett mig", sade Downton, som börjar sitt nya jobb den 1 februari.
"Jag är exalterad över utmaningen att bygga vidare på den framgång som Englands lag har haft på alla nivåer under de senaste åren."
Downton spelade 30 Tests for England mellan 1981 och 1988, plus 28 endagsinternationaler. Han var en del av de squads som vann Ashes i 1981 och 1985, och nådde 1987 VM-finalen.
Den före detta Kent och Middlesex spelaren spelade också i sex County Championship-vinnande lag. Han tvingades dra sig tillbaka från matchen efter att en borgen slog honom i ögonen under en söndagsmatch.
Sedan han gick i pension 1991 har han varit en aktiv medlem av Middlesex, ECB Cricket och MCC kommittéer och utövat en juristkarriär i staden.
ECB:s verkställande direktör David Collier sade Downton erfarenhet av cricket och affärer gjorde honom "den enastående kandidaten" att ersätta Morris, som meddelade att han lämnade rollen förra månaden och hade sagt Strauss, 36, skulle göra ett "bra jobb" om namnges som hans efterträdare.
Collier tillade: "Paul erfarenhet av en VM-final, Ashes framgång, sex County Championship segrar och 58 internationella framträdanden för England ger en mängd cricket erfarenhet.
"Hans bakgrund i juridik när han tillsammans med sin erfarenhet i staden ger den unika uppsättning av färdigheter som krävs för att leda och hantera England Cricket Departments £ 100m budget under de kommande fyra åren."
ECB sade Miller, 61, meddelade sin avsikt att avgå från sin roll under sommarens Ashes seger mot Australien. Han gick med i Englands urvalspanel år 2000, innan han ersatte David Graveney som ordförande för valberedningen åtta år senare.
Före detta England och Leicestershire fladderman Whitaker, 51, ersätter Miller efter att ha varit en del av urvalspanelen under de senaste åtta åren.
Ex-England Wicketkeeper Paul Downton har utsetts till Englands och Wales Cricket Boards nya verkställande direktör.