De 20-jarige in Southampton geboren speler doorliep de academie bij Chelsea en kwam op achtjarige leeftijd bij de club, voordat hij voor het seizoen 2022-23 werd uitgeleend aan Brighton & Hove Albion.
Hij speelde 22 wedstrijden voor de ploeg van Roberto De Zerbi en hielp Brighton om zich voor het eerst in de clubgeschiedenis te kwalificeren voor Europees voetbal.
'Ik kende alleen Chelsea'
"Het is altijd een makkelijke beslissing geweest," zei Colwill in een verklaring.
"Toen ik opgroeide, heb ik alleen Chelsea gekend. Ik heb met de manager gesproken en hij heeft me gerustgesteld, het vertrouwen gegeven dat ik nodig had. Hij heeft niet alleen met me gesproken als speler, maar ook als persoon. Het heeft een groot verschil gemaakt."
Colwill hielp Engeland vorige maand aan de eindzege op het EK onder-21 en maakte deel uit van de verdediging die geen enkel doelpunt tegen kreeg, alvorens hij door de UEFA werd gekozen in het team van het toernooi.
Ondanks interesse blijft Colwill op Stamford Bridge
De hooggewaardeerde jongeling werd in verband gebracht met een overstap naar verschillende Europese clubs voordat hij zijn verblijf bij Chelsea verlengde.
"Levi is een uitstekende speler die tot nu toe elke uitdaging in zijn carrière is aangegaan. We zijn erg blij dat hij nog jaren bij Chelsea zal blijven," aldus Chelsea's directeuren Laurence Stewart en Paul Winstanley in een gezamenlijke verklaring.
Chelsea is onder voormalig Tottenham Hotspur manager Mauricio Pochettino op zoek naar een opleving nadat ze in de vorige campagne op de 12e plaats eindigden, hun slechtste resultaat sinds 1994.