31-åringen, som lämnade Ospreys för att gå med i franska Top 14 side Perpignan 2011, har kommit överens om ett treårigt kontrakt.
"Det är bra för mig personligen som en rugby spelare och det är det rätta för min familj att komma hem," sade Hook.
"Det är viktigt att jag slutar bra på Gloucester. Det är en bra klubb och de har varit riktigt bra mot mig."
Hook, som har 81 kapsyler för Wales, började sin karriär med Neath innan han tillbringade fem år med Ospreys, och hjälpte dem till 2010 Celtic League titeln.
Han gjorde 68 framträdanden för Perpignan i en treårig trollformel och, efter att Ospreys försökte skriva om honom, anslöt sig Gloucester i 2014, efter att ha aktiverat en get-out klausul i sitt kontrakt när den franska klubben förvisades från Top 14.
"Det har varit fantastiskt att åka bort till nya platser, få några otroliga upplevelser i England och Frankrike med två bra klubbar, men jag kommer hem till ett lag som går platser," Hook fortsatte.
"Jag är bara 31, jag spelar vecka i, vecka ut med Gloucester och jag tror att jag har massor att ge på planen för några år framöver."
Hooks återkomst till Ospreys kommer efter flyghalva Sam Davies och back-row forwards Justin Tipuric, Dan Baker och Dan Lydiate alla undertecknade nya avtal med regionen.
Gloucesters flyghalva James Hook kommer att återförenas med Ospreys i slutet av säsongen, sex år efter att han lämnat den walesiska regionen.