O primeiro-ministro Scott Morrison elogiou o "plano audacioso" em uma cerimônia em Camberra como "parte do maior investimento em defesa da paz da Austrália".
O contrato por 12 submarinos de classe de ataque é com a empresa Naval Group, que conta com a participação do Estado francês.
É o maior projeto de defesa da história da Austrália e o maior de exportação da Naval Group.
O primeiro submarino deverá ser concluído no início dos anos 2030.
Críticos dizem que é tarde demais: as águas do norte e do leste da Austrália são o cenário de uma intensa luta por influência entre os Estados Unidos, a China e as potências regionais.
Washington teme que a China esteja se tornando cada vez mais assertiva sobre suas reivindicações territoriais para mostrar seu domínio sobre as pequenas nações asiáticas e cimentar seu papel como a principal potência regional.
Analistas militares australianos esperam que os submarinos permitam que o país mantenha uma dissuasão confiável contra possíveis ações hostis.
A ministra das Forças Armadas da França, Florence Parly, assinou o acordo.
"É preciso muita confiança para a Austrália apostar na França e muita confiança para a França compartilhar com a Austrália a capacidade que está tão próxima do núcleo de nossa soberania e nossa autonomia estratégica", afirmou Parly.
As 12 embarcações de propulsão convencional serão construídas em um novo estaleiro no sul da Austrália.