O jogador, de 33 anos e cujo vínculo anterior terminava no final deste mês, continuará sendo um dos pilares do meio-campo madridista no próximo ano.
Contratado pelo Real Madrid em 2014, vindo do Bayern de Munique, Kroos é o jogador alemão que mais vestiu a camisa merengue, com 417 jogos.
Segundo o jornal AS, o clube o vê como uma referência para os mais jovens do elenco, como Aurélien Tchouaméni, Federico Valverde e o recém-chegado Jude Bellingham.
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Kroos já tinha dado pistas em várias ocasiões de que sua intenção era renovar com o Real Madrid.
"Disse há algumas semanas que tudo está no caminho certo. Fazer anúncios oficiais não é o meu trabalho, mas está indo muito bem", declarou o alemão em uma entrevista coletiva antes do jogo de ida das semifinais da Liga dos Campeões contra Manchester City, em maio.
Em nove temporadas no Real Madrid, Kroos conquistou 20 títulos, incluindo quatro Champions, cinco Mundiais de Clubes e três Espanhóis.