Den engelska landslagsmittfältarens kontrakt med sin nya klubb sträcker sig över 4,5 år.
27-åriga Keira Walsh lämnar alltså Spanien och Barcelona.
– Ärligt talat insåg jag inte hur tufft det skulle vara att vara ifrån min familj och vänner, säger hon i ett pressmeddelande.
Walsh tillhörde Manchester City i åtta år innan hon flyttade till Barcelona 2022. Där och då handlade det, enligt BBC, om en rekordstor övergångssumma motsvarande drygt fem miljoner kronor.
I Chelsea blir hon lagkamrat med svenskorna Zecira Musovic, Johanna Rytting Kaneryd och Nathalie Björn.