Pemain kebangsaan Jerman itu, yang menghabiskan keseluruhan 14 musim dalam kariernya bersama Bayern, sepatutnya tamat kontrak pada penghujung musim ini.
Bagaimanapun, selepas memainkan peranan besar untuk pasukan gergasi Bavaria itu memenangi gelaran Bundesliga ke-10 berturut-turut musim ini, Muller dan Bayern bersetuju untuk mengikat kesepatakan baru.
"Saya gembira untuk melanjutkan kontrak bersama FC Bayern sehingga 2024," kata Muller kepada laman web rasmi pasukan itu.
"Perjalanan yang saya lalui sejak menyertai Akademi FCB pada 2000 telah menjadi cerita kejayaan yang luar biasa sehingga ke hari ini.
"Ia memberikan saya kegembiraan untuk terus menyarung jersi merah ini selama bertahun-tahun di dalam atau di luar padang -- walaupun angin akan menyapa muka anda dari masa ke mana. Ayuh teruskannya bersama-sama," katanya.
Muller secara keseluruhan telah memenangi 11 kejuaraan Bundesliga bersama Bayern dengan kejayaan terbarunya musim ini menyaksikan dia mengatasi David Alaba (10 gelaran Bundesliga) dalam senarai pemain paling berjaya dalam liga itu.
Dia secara keseluruhan telah melakukan 624 penampilan bersama pasukan utama kelab berkenaan selain turut menjulang dua trofi Liga Juara-Juara Eropah (UCL), Piala Dunia Kelab, Piala SUper UEFA dan enam gelaran DFB-Pokal.