"Luxemburg gav olagliga skattefördelar till Amazon. Det resulterade i att nästan tre fjärdedelar av Amazons vinst inte beskattades", sade EU:s konkurrenskommissionär Margrethe Vestager i en kommentar.
"Med andra ord tilläts Amazon att betala fyra gånger mindre skatt än andra lokala företag som omfattades av samma nationella skattebestämmelser", fortsatte hon.
EU-kommissionen startade en fördjupad granskning av Luxemburgs behandling av Amazon i oktober 2014.
Luxemburgs förhandsbesked tillät Amazon att flytta den överväldigande delen av vinsten från ett bolag i Luxemburg som beskattades, Amazon EU, till ett som inte beskattas, Amazon European Holding Technologies.
Detta skedde genom en royaltybetalning som blåstes upp på ett sätt som inte speglade de ekonomiska realiteterna, skrev kommissionen.
Företag måste betala tillbaka statsstöd som befinns olagliga till skattemyndigheten.