Fe fydd Radio Cymru 2 yn darlledu o 7:00 tan 10:00 bob bore'r wythnos ar radio digidol, teledu digidol a BBC iPlayer Radio.
Cymysgedd o gerddoriaeth ac adloniant fydd ar y gwasanaeth newydd, tra bydd Radio Cymru yn parhau i ddarlledu'r Post Cyntaf.
Dywedodd golygydd Radio Cymru, Betsan Powys, ei bod yn ddatblygiad "hanesyddol".
Daw'r cyhoeddiad ar ôl i'r BBC arbrofi gyda gorsaf dros dro, Radio Cymru Mwy y llynedd.
Dywedodd Betsan Powys: "Does dim dwywaith fod hwn yn un o'r datblygiadau mwyaf hanesyddol a phwysig yn natblygiad yr orsaf ers ei sefydlu yn 1977.
"Mae gwrandawyr Radio Cymru gyda'r gwrandawyr radio mwya' ffyddlon yng Nghymru ac mae gallu cynnig dewis iddyn nhw ac i wrandawyr newydd yn hynod gyffrous."
Mae tîm golygyddol Radio Cymru yn bwriadu lansio'r gwasanaeth newydd cyn diwedd y flwyddyn.
Wrth ymateb i'r newyddion dywedodd Carl Morris, llefarydd darlledu Cymdeithas yr Iaith:  "Ry'n ni'n croesawu'r newyddion yma - mae'n ddatblygiad addawol iawn gan fod dybryd angen rhagor o gynnwys digidol amrywiol yn y Gymraeg.
"Gall un orsaf ddim bod yn bopeth i bawb, felly gobeithio bydd y gwasanaeth newydd yma yn golygu y bydd rhagor o amrywiaeth."
Mewn cyhoeddiad arall, fe ddywedodd y BBC y bydd gorsaf Radio Wales yn ehangu ar FM i gyrraedd 330,000 o bobl ychwanegol.
O ganlyniad bydd yr orsaf yn cyrraedd hyd at 91% o'r boblogaeth ar FM, o'i gymharu â 79% ar hyn o bryd.
Gwrandawyr yn y gogledd ddwyrain a'r canolbarth yn benodol fydd yn elwa ar y cynnydd yn argaeledd Radio Wales ar FM.
Bydd yr orsaf yn defnyddio tonfeddi FM sydd yn darlledu BBC Radio 3.
Mae'r BBC yn bwriadu sefydlu ail orsaf radio genedlaethol yn Gymraeg.