21-åringen har spelat i Glasgows första lag sedan 2012 och gjorde sin seniora internationella debut året därpå.
Gray samarbetar regelbundet med bror och före detta Warriors låser Richie i Skottlands andra rad.
"Jag är mycket glad att bo på Glasgow," den yngre Gray berättade Glasgows hemsida.
"Det är min hemmaklubb och jag är bara glad att jag har haft möjlighet att skriva på.
"Det har varit en fantastisk utveckling i några år för mig. När jag var yngre hade jag alltid ambitionen att spela för Glasgow och Skottland och att spela i en rugby-VM har varit en fantastisk upplevelse.
"Det är bra att se [team-kamrat och flyg-halv] Finn [Russell] signering också [i tre år] och det finns en hel del talang på klubben och det är bra att vara en del av det.
"Alla arbetar mycket hårt och det gör bara att du vill förbättra som spelare och förbättra laget också. Att få möjlighet att arbeta med tränare och spelare på Warriors är fantastiskt.
"Scotstoun är en rolig plats att vara på och alla arbetar hårt för varandra och kulturen är fantastisk.
"Jag brukade gå och se min bror spela på Firhill och det är otroligt att se folkmassorna växa sedan vi flyttade till Scotstoun. Fansen är verkligen passionerade och de gör det till en mycket speciell plats att spela på."
Gray har gjort runt 60 framträdanden för klubb och land i sin professionella karriär och spelat i fyra av Skottlands fem matcher under sin VM-kampanj, som slutade i kvartsfinalen.
Och huvudtränare Gregor Townsend sade: "Jonny har gjort ett stort bidrag under de senaste säsongerna och det är bra nyheter att han bor hos oss i ytterligare tre år.
"Han arbetar mycket hårt och har gjort genombrottet för klubb och land under de senaste åren."
Skottland lås framåt Jonny Gray har tecknat ett nytt kontrakt med Pro12 mästare Glasgow Warriors fram till 2018.