16 декабря 1991 года Украина одной из первых признала независимость Республики Казахстан. Казахстан признал Украину суверенным независимым государством 23 декабря того же года.
Уже в январе 1992 г. Министерство иностранных дел Украины направило в адрес Министерства иностранных дел Республики Казахстан ноту с предложением об установлении дипломатических отношений. Ответной нотой от 23 июля 1992 г. МИД Казахстана предложило эту ноту, а также ноту МИД Украины от 4.01.1992 г. считать Соглашением об установлении дипломатический отношений между нашими государствами.
Практически сразу начались переговоры о взаимном открытии дипломатических представительств. Посольство Украины в Республике Казахстан было открыто в Алматы в мае 1994 года, а в декабре 1994 года в Киеве начало работу Посольство Республики Казахстан.
Первым Послом Украины в Республике Казахстан стал Виктор Васильевич Богатырь (26.06.1936-15.07.2014). Он вручил верительные грамоты Президенту Н.Назарбаеву 26 мая 1994 года.
Посольство Украины располагалось тогда в центре Алматы на тихой и уютной, засаженной вековыми дубами улице Чайковского, 87, рядом с главной артерией города – проспектом Абая.
Церемония торжественного открытия Посольства состоялась в рамках официального визита Главы Украинского государства в Казахстан в сентябре 1995 г. при участии президентов Украины Л.Кучмы и Казахстана Н.Назарбаева в присутствии членов обеих официальных делегаций.
В 1997 г. Президент Н.Назарбаев подписал Указ о переносе столицы Казахстана в г. Акмола (сейчас Астана). Правительственные учреждения, в том числе и МИД, начали переезжать в новую столицу.
С целью налаживания оперативной связи между Посольством Украины и казахстанским внешнеполитическим ведомством было принято решение об открытии в Акмоле отделения Посольства Украины по адресу проспект Республики, 25, Президентом Украины Л.Кучмой во время визита в Казахстан в июне 1998 г. Тогда же в составе Посольства была создана и торгово-экономическая миссия Украины.
В январе 2000 г. Послом Украины в Казахстане был назначен Евгений Григорьевич Карташов. За время его каденции, Посольство в январе 2001 года одним из первых дипломатических представительств иностранных государств переехало в новую столицу - Астану.
В старом помещении Посольства было открыто Генеральное консульство Украины в Алматы. Первым Генеральным консулом стал Олег Сергеевич Бай. С 1 ноября 2014 года Генеральное консульство прекратило свою работу.
Церемония официального открытия нового помещения Посольства состоялась 22 января при участии Премьер-Министра Казахстана К.Токаева и Министра иностранных дел Е.Идрисова.
В марте того же года Посольство Украины осмотрел Президент Республики Казахстан Нурсултан Абишевич Назарбаев, что свидетельствует об особом значении, придаваемом руководством Казахстанского государства отношениям с Украиной.
До ноября 2018 года Посольство Украины располагалось в одном из самых старых и красивых зданий в историческом центре Астаны. Оно известно коренным жителям как дом купца Кубрина, одного из самых зажиточных людей города.
В сентябре 2001 года Послом Украины в Казахстане был назначен Василий Григорьевич Цыбенко (ныне - Посол Украины в Грузии), занимавший эту должность до августа 2005 г.; верительные грамоты Президенту Н.Назарбаеву он вручил 21 сентября 2001 года.
С мая 2006 г. по июль 2010 г. интересы Украины в Республике Казахстан представлял Николай Федосович Селивон.
С августа 2010 г. по сентябрь 2013 г. Послом Украины в Республике Казахстан был Олег Алексеевич Демин.
В данный момент Посольство Украины находится в новом, престижном районе на левом береге г.Нур-Султан.
До января 2020 года руководителем Посольства являлся Чрезвычайный и Полномочный Посол Украины в Республике Казахстан Иван Дмитриевич Кулеба.