16 грудня 1991 року Україна однією з перших визнала незалежність Республіки Казахстан. Казахстан визнав Україну суверенною незалежною державою 23 грудня того ж року.
Уже в січні 1992 р. Міністерство закордонних справ України направило на адресу Міністерства закордонних справ Республіки Казахстан ноту з пропозицією про встановлення дипломатичних відносин. Нотою у відповідь від 23 липня 1992 р. МЗС Казахстану запропонувало цю ноту, а також ноту МЗС України від 4.01.1992 р. вважати Угодою про встановлення дипломатичних відносин між нашими державами.
Практично одразу розпочалися переговори про взаємне відкриття дипломатичних представництв. Посольство України в Республіці Казахстан було відкрито в Алмати в травні 1994 року, а в грудні 1994 року в Києві почало роботу Посольство Республіки Казахстан.
Першим Послом України в Республіці Казахстан був Віктор Васильович Богатир (27.06.1936 - 15.07.2014), який вручив вірчі грамоти Президенту Н.Назарбаєву 26 травня 1994 року.
Посольство України розташовувалося тоді в центрі Алмати на тихій і затишній, засадженій віковими дубами вулиці Чайковського, 87, поряд з головною артерією міста – проспектом Абая.
Церемонія урочистого відкриття Посольства відбулася в рамках офіційного візиту Глави Української держави до Казахстану у вересні 1995 р. за участю президентів України Л.Кучми та Казахстану Н.Назарбаєва у присутності членів обох офіційних делегацій.
У 1997 р. Президент Н.Назарбаєв підписав Указ про перенесення столиці Казахстану до м.Акмола (зараз Астана). Урядові установи, в тому числі і МЗС, почали переїжджати до нової столиці.
З метою налагодження оперативного зв’язку між Посольством України та казахстанським зовнішньополітичним відомством було прийнято рішення про відкриття в Акмолі відділення Посольства України. Яке і було урочисто відкрито Президентом України Л.Кучмою під час його візиту до Казахстану у червні 1998 р. за адресою проспект Республіки, 25.
У січні 2000 р. новим Послом України в Казахстані було призначено Євгена Григоровича Карташова. За час його каденції, в січні 2001 року Посольство одним із перших дипломатичних представництв іноземних держав переїхало до нової столиці - Астани.
У старому ж приміщенні Посольства було відкрито Генеральне консульство України в Алмати. Першим Генеральним консулом став Олег Сергійович Бай. З 1 листопада 2014 року Генеральне консульство припинило свою роботу.
Церемонія офіційного відкриття Посольства України в Астані відбулася 22 січня з участю Прем’єр-Міністра Казахстану К.Токаєва та Міністра закордонних справ Є.Ідрісова.
У березні того ж року нове приміщення Посольства оглянув і Президент Н.Назарбаєв. Відвідини української дипломатичної місії після її відкриття вищими посадовими особами країни свідчить про особливе значення, що керівництво держави надає українсько-казахстанським відносинам.
До кінця 2018 року Посольство України містилося в історичному центрі Астани, відомому корінним акмолинцям як будинок одного з найбагатших людей міста купця Кубріна. З ним пов’язано чимало цікавих сторінок акмолинської і цілиноградської історії, які добре відомі жителям столиці.
Наразі Посольство України знаходиться у новому, престижному районі на лівому березі м.Нур-Султан.
У вересні 2001 року Послом України в Казахстані став Василь Григорович Цибенко, який займав цю посаду до серпня 2005 р. Вірчі грамоти Президентові Н.Назарбаєву він вручив 21 вересня 2001 року.
З травня 2006 р. по липень 2010 р. інтереси України в Республіці Казахстан представляв Микола Федосович Селівон.
Із серпня 2010 р. по вересень 2013 р. посаду Посла України в Республіці Казахстан обіймав Олег Олексійович Дьомін.
До початку 2020 року Послом України в Республіці Казахстан був Іван Дмитрович Кулеба.