29-åringen har tecknat ett tvåårigt kontrakt med Dingwall efter att ha lämnat Shrewsbury Town.
"Jag är glad att få Jim tillbaka till Dingwall på en permanent affär," chef Jim McIntyre berättade Ross County webbplats.
"Han har massor av erfarenhet och kvaliteter som kan bidra till att få de yngre spelarna i vår trupp."
O'Brien spenderade sex månader på lån i Ross County förra säsongen, gör 18 framträdanden och poäng två gånger.
Den tidigare Celtic och Motherwell midfielder kanske inte är tillgängliga för att spela i fredags kväll skotska League Cup möte med Hibernian om inte internationell klarering anländer i tid.
"Han spelade en roll för att hjälpa oss att uppnå våra mål i andra halvan av förra säsongen och han vill komma och spela för oss," tillade McIntyre, som också har undertecknat Sean Kelly, Thomas Mikkelsen och Jamie Lindsay i sommar.
Hitta alla de senaste fotbollsöverföringarna på vår dedikerade sida.
Ross County har signerat ytter Jim O'Brien på en permanent affär efter en låneformel förra säsongen.