Den japanska biltillverkarens investering i Burnastonfabriken nära Derby kommer att möjliggöra tillverkning av fordon med hjälp av sitt nya globala tillverkningssystem.
Fabriken sysselsätter cirka 2.500 personer, medan ytterligare 590 arbetar på Toyotas motorfabrik i Deeside i norra Wales.
Burnaston tillverkade ca 180.000 fordon förra året, varav de flesta exporteras till Europa och andra marknader.
Johan van Zyl, verkställande direktör för Toyota Motor Europe, sade att investeringen visade att företaget gjorde allt det kunde för att göra Burnaston mer konkurrenskraftigt.
Han varnade dock för att fortsatt tullfritt marknadstillträde mellan Storbritannien och Europa som är förutsägbart och okomplicerat kommer att vara avgörande för framtida framgångar.
Näringsidkaren SMMT sade i januari att osäkerheten kring Brexit och Storbritanniens framtida handelsarrangemang hade drabbat investeringar i bilsektorn.
Investeringsåtagandena i den brittiska bilindustrin uppgick förra året till totalt 1,66 miljarder pund, en minskning från 2,5 miljarder pund 2015.
Affärsminister Greg Clark sade Toyotas investering "understryker företagets förtroende för sina anställda och kommer att bidra till att anläggningen är väl positionerad för framtida Toyota modeller att tillverkas i Storbritannien".
Regeringen tillhandahåller 21,3 miljoner pund i finansiering för utbildning, forskning och utveckling, och förbättra Burnaston anläggningens miljöprestanda.
Förra året, rivaliserande biltillverkare Nissan sade att det skulle bygga både den nya Qashqai och X-Trail SUV på sin Sunderland anläggning efter regeringen "stöd och garantier".
Beslutet att uppgradera anläggningen för att ta Toyota's New Global Architecture, dess nya system för att producera fordon över hela världen, tyder på att företaget ser Storbritannien som en del av sin långsiktiga framtid.
Men Storbritanniens bilindustri vet att Brexit kommer och därmed möjligheten till tullar och komplicerade tullarrangemang.
Detta hotar konkurrenskraften för biltillverkare som förlitar sig på den typ av just-in-time tillverkning som Toyota var pionjär.
Läs mer från John här.
Generalsekreteraren för Unite Union, Len McCluskey, sade Toyota arbetare "behöver veta att regeringen har sin rygg och kommer att göra allt som krävs för att säkerställa nya modeller och nya investeringar fortsätter att komma till Storbritannien".
"Med utgångspunkt i diskussioner om att ersätta modeller som Vauxhalls Astra och beslut om BMW:s elmini är det viktigt att ministrarna lugnar nerverna genom att säga att de kommer att säkra tullfritt tillträde till den europeiska inre marknaden och tullunionen i Brexit-förhandlingarna."
I januari meddelade Toyota att den planerade att spendera 10 miljarder pund (8,2 miljarder pund) i USA under de kommande fem åren.
Företaget förlorade sin krona som världens största biltillverkare till Volkswagen förra året.
Förra månaden sade Toyota att den förväntade sig att rapportera nettovinster på 1,7 biljoner yen ($15,1 miljarder; £12.1 miljarder) för räkenskapsåret 2016-17. Detta var dock lägre än den vinst på 2,1 biljoner yen som den registrerade ett år tidigare.
Toyota är att investera £240m i att uppgradera sin brittiska fabrik som gör Auris och Avensis modeller.