De är den första duon som är värd för lördagskvällsshowen; de ersätter Dermot O'Leary som meddelade att han skulle lämna förra månaden efter åtta år.
Paret har tidigare varit värd för avknoppningsshowen Xtra Factor på ITV2 i två år från 2011.
Murs var tävlande i showen 2009, när han var tvåa med Joe McElderry.
Sedan dess har han fortsatt att sälja 13 miljoner skivor på fem år.
Flack har också hittat ytterligare berömmelse efter att ha vunnit förra årets Strictly Come Dancing.
Murs sa att han var "otroligt upphetsad och stolt" att återvända till X Factor tillsammans med Flack.
"Jag älskar showen och det kick-startade min karriär i musik som har gett mig möjlighet att göra det jag älskar. Jag har redan det bästa jobbet i världen och det är på väg att bli bättre - jag kan inte vänta med att komma igång och vara en del av att hitta några fantastiska nya talanger," sade han.
Flack sa att hon var "bortom exalterad" över att presentera showen med honom.
"Att ha förmånen att göra detta med någon som får mig att skratta högt är en massiv bonus", sade hon.
"Jag är också otroligt lycklig över att ha de bästa tipsen och stödet från min showbiz storebror Dermot.  Jag vet inte hur jag kan leva upp till hans långvariga residens men jag vet att jag inte kan svika honom!"
X Factor boss Simon Cowell sade att han var "absolut glad" att de var tillbaka till showen.
"När de var på Xtra tillsammans, var de en lysande dubbelspel. Sedan dess har Caroline gått från styrka till styrka - och Olly har blivit en av Storbritanniens största stjärnor. Så nu ser jag fram emot att de ska visa upp huvudshowen."
Den nya serien av X Factor återgår till ITV på hösten och öppna provspelningar pågår för närvarande.
Olly Murs och Caroline Flack har bekräftats som de nya presentatörerna av X-faktorn.