Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Den 32-årige, som vann 56 kapsyler, var tillgänglig på en fri överföring efter att ha släppts av andra Premier League sida West Ham i maj.
Han sade: " Detta är en massiv klubb och det finns en enorm möjlighet för klubben att fortsätta.
"Jag har haft turen att ha en riktigt bra karriär, men det finns fortfarande mycket mer jag vill uppnå."
Cole, som också spelade för Chelsea, Liverpool och på lån på Lille, är Villas andra signering av sommaren.
Chef Paul Lambert har också undertecknat tidigare Arsenal försvarare Philippe Senderos på en fri överföring från Valencia.
Aston Villa har skrivit på ett tvåårigt kontrakt.