Den nya affären kommer att se den 20-åriga strejkaren stanna på klubben fram till 2019.
Mjöd har netts 11 gånger i WSL 1 hittills den här säsongen, inklusive en hatt-trick mot ledare Chelsea, för att hjälpa sätta sin sida i strid för titeln.
Trots att hon fick tips för en första senior England-anrop, var hon inte med i truppen för att möta Estland i en Euro 2017 kval den 21 september.
Sunderland har enligt uppgift tackat nej till ett bud från Arsenal Ladies för Mead.
"Vi är glada att Beth har undertecknat ett nytt avtal - hon är en av de bästa unga spelarna i landet," Sunderland manager Carlton Fairweather berättade klubbens webbplats.
"Naturligtvis, med en spelare som Beth, har det funnits intresse från andra topp-flight klubbar. Så för oss att säkra denna signering visar exakt var vi vill att denna klubb att vara. "
Beth Mead, den ledande målskytten i Women's Super League One, har tecknat ett nytt fyraårigt kontrakt med Sunderland.