1994 жылғы 14 ақпанда Қазақстан Республикасы Атом энергиясы жөніндегі халықаралық агенттігінің (АЭХА) 121-ші мүшесі болды. 1994 жылғы 26 шілдеде Алматыда Қазақстан Республикасы мен АЭХА арасында Ядролық қаруды таратпау туралы шартқа байланысты кепілдіктерді қолдану туралы келісімге қол қойылды.
Кепілдіктерді қолдану туралы келісімге сәйкес Қазақстандағы барлық ядролық қызмет АЭХА кепілдігіне қойылды. Қазақстанның ядролық объектілерінде АЭХА инспекциялары тұрақты түрде өткізіліп тұрады, олардың мақсаты ресми мәлімделген ядролық материалдар мен ядролық қызметтің санын тексеру және растау болып табылады.
Қазақстан ядролық қауіпсіздік туралы конвенция, Пайдаланылған отынмен жұмыс істеу қауіпсіздігі туралы және радиоактивті қалдықтармен жұмыс істеу қауіпсіздігі туралы біріктірілген конвенция, Ядролық материалды физикалық қорғау туралы конвенция, Ядролық авария туралы жедел хабарлау жөніндегі конвенци, Ядролық авария жағдайындағы немесе радиациялық авария жағдайындағы көмек туралы конвенция, Ядролық залал үшін азаматтық жауапкершілік туралы Вена конвенциясының қатысушы болып табылады.
2004 жылғы 6 ақпанда Венада Қазақстан мен АЭХА арасындағы кепілдіктерді қолдану туралы келісімге Қосымша хаттама жасалып, ол 2007 жылғы 19 ақпанда ратификацияланды және 2007 жылғы 9 мамырда күшіне енді.
АЭХА-мен ынтымақтастықтың маңызды бағыты Қазақстан аумағында АЭХА Төмен байытылған уран банкінің (ТБУБ) қызметі болып табылады. 2015 жылғы 27 тамызда Астанада ТБУБ құру жөніндегі құжатқа қол қою рәсімі өтті, оған марқұм АЭХА Бас директоры Ю. Амано қатысты. 2017 жылғы 29 тамызда АЭХА ғимаратының ашылу салтанаты өтті.
АЭХА Қазақстанмен техникалық ынтымақтастық бағдарламасы шеңберінде медицинаға (қатерлі ісікке қарсы күрес), ауыл шаруашылығына (өнімділікті арттыру, суды тазарту, азық-түлік қауіпсіздігі) заманауи ядролық технологияларды енгізу, бұрынғы Семей полигоны аумағының жерлерін шаруашылық айналымға көшіру және т. б. бойынша 63 жоба (11 ұлттық, 46 өңірлік және 6 өңіраралық) жүзеге асырылуда.
АЭХА Бас директоры және ҚР Сыртқы істер, Энергетика министрліктері, сондай-ақ «Қазатомөнеркәсіп» ҰАК» АҚ басшылығы арасында сапарлармен алмасу тұрақты негізде жүзеге асырылады.
2020 жылдың қазан айында Нұр-Сұлтанда ҚР Сыртқы істер министрінің орынбасары Е.Ашықбаев АЭХА Бас директорының орынбасары Массимо Апаромен кездесіп, тексерулер мен кепілдіктер бойынша ынтымақтастық мәселелерін талқылады.
2022 жылдың қыркүйегінде ҚР Энергетика Вице-министрі Ж.Нұрмағанбетов АЭХА Бас директоры Р. Гроссидің Венада өткен АЭХА Бас конференциясының 66-сессиясына қатысуы барысында кездесуін өткізді. Тараптар 2023 жылдың бірінші тоқсанында ядролық инфрақұрылымды кешенді шолу (INIR-follow up) бойынша АЭХА-ның алдағы миссиясын талқылады.
Жыл сайын қыркүйек айында АЭХА Бас конференциясының сессиялары өткізіліп тұрады, оған Агенттіктің барлық мүше мемлекеттерінен, халықаралық және үкіметтік емес ұйымдардан 2500-ден астам өкіл қатысады. Бас конференция жұмысына ҚР Энергетика министрі бастаған Қазақстан делегациясы үнемі қатысады. Қазақстандық делегация құрамына ҚР СІМ, «Қазатомөнеркәсіп» ҰАК» АҚ, Ұлттық ядролық орталық және басқа да ұйымдардың өкілдері кіреді.
Бас конференция аясында қазақстандық делегация басшысы еліміздің ядролық қаруды таратпау режимін нығайтуға қосқан үлесі туралы, ҚР және АЭХА арасындағы атом энергиясын бейбіт мақсатта пайдалану саласындағы ынтымақтастықтың жай-күйі мен перспективалары туралы сөз сөйлейді. АЭХА Бас конференциясының алаңында қазақстандық делегация қарарлардың жобаларын енгізеді және Қазақстан үшін маңызды түрлі мәселелер бойынша сайд-ивенттер өткізеді.