O sueco entrou na jornada final empatado na liderança com o francês Adrien Saddier e os dois continuavam juntos com 19 abaixo do par, depois de terem igualado 68 pancadas.
Depois de ambos os homens terem enviado as suas segundas pancadas para o rough no primeiro buraco extra, estavam novamente lado a lado.
Mas o inspirado Noren, que ganhou a sua primeira coroa no Wentworth Club em 2017, levantou a sua bola até três pés antes de fazer um birdie putt para conquistar o seu 12.º título europeu e o segundo da época.
Noren, um dos vice-capitães não jogadores da equipa europeia da Ryder Cup de Luke Donald, superou 11 dos 12 golfistas que irão representar a Europa no torneio nos Estados Unidos no final deste mês.
Mas disse que tinha sido uma luta este domingo.
"Só temos de lutar. Por vezes é demasiado fácil e outras vezes temos de lutar e hoje pareceu-me uma luta", disse.
"Acho que ele provavelmente foi melhor do que eu do tee ao green. Mas é assim que as coisas são", acrescentou.
O inglês Aaron Rai ficou empatado em terceiro lugar com Patrick Reed, depois de ambos terem registado 66 na última jornada, enquanto o trio europeu da Ryder Cup Tyrrell Hatton, Matt Fitzpatrick e Viktor Hovland terminaram todos com 15 abaixo.
A acrescentar a uma semana encorajadora para a Equipa Europa, Jon Rahm passou a partilhar o 13.º lugar com um 66 abaixo do par, enquanto Rory McIlroy saltou para o top 20 depois de fechar uma última jornada de 65 com um impressionante eagle de longo alcance.
Anteriormente, Noren fez dois birdies na sua quarta jornada para ficar com duas pancadas de vantagem, mas perdeu uma pancada no quinto buraco e apenas uma pancada separava os jogadores na viragem.
Saddier teve um início muito rápido nos últimos nove buracos, fazendo três birdies em cinco buracos, enquanto Noren fez ganhos consecutivos no 12.º e 13.º antes de salvar o par de forma espetacular no 14.º.
O drama ainda estava para vir quando o tee-shot de Saddier no 15.º buraco aterrou no capô de um espetador, em vez de sair dos limites, e ele aproveitou ao máximo o seu golpe de sorte ao salvar o par nesse buraco.
Enquanto a chuva caía, os dois jogadores mantiveram-se lado a lado com birdies no 17.º e ambos fizeram o par no último.
Mas Noren saiu por cima no primeiro buraco do play-off, saindo triunfante apenas algumas semanas depois de ter ganho o British Masters.
A equipa europeia da Ryder Cup voltará a reunir-se em Nova Iorque para defrontar os Estados Unidos, de 26 a 28 de setembro, procurando defender o título conquistado em Roma, em 2023.