В 1954 году, вскоре после создания НАТО, СССР выступил с предложением вступить в альянс, но получил отказ. Через год Москва создала свой военный блок — Организацию Варшавского договора — просуществовавший до развала СССР в 1991 году.
В 1991 году Россия начала сотрудничать с НАТО, присоединившись к Совету североатлантического партнерства, созданного для консультаций альянса со странами советского блока. В 1994 году Москва присоединилась к программе НАТО "Партнерство ради мира". В 1996 году российские военные приняли участие в миротворческой операции НАТО в Боснии.
27 мая 1997 года в Париже подписан акт о взаимных отношениях, сотрудничестве и безопасности, учредивший совместный постоянный совет (СПС) Россия--НАТО. Москва согласилась на расширение альянса, получив гарантии, что на территории новых членов не будут размещаться ядерное оружие и наращиваться вооруженные силы. В марте 1998 года открылось представительство РФ при НАТО.
В марте 1999 года после начала бомбардировок Югославии силами НАТО Россия прервала все контакты с альянсом и отозвала постпреда из Брюсселя. 16 февраля 2000 года генсек НАТО Джордж Робертсон и и. о. президента РФ Владимир Путин на встрече в Москве договорились о восстановлении отношений.
28 мая 2002 года в Риме подписана декларация "Отношения Россия--НАТО: новое качество". Вместо СПС создается совет Россия--НАТО (СРН), заменивший двусторонний формат консультаций (НАТО + 1) на формат "двадцатки".
Тем не менее расширение НАТО за счет стран Восточной Европы вызывало регулярные критические выступления российских властей. 13 июля 2007 года Владимир Путин подписал указ о приостановке участия России в Договоре об обычных вооруженных силах в Европе (ДОВСЕ), потребовав, чтобы все страны НАТО ратифицировали адаптированный вариант ДОВСЕ. Альянс увязывал ратификацию с выводом российских войск из Грузии и Молдавии. Спорный вопрос не урегулирован до сих пор.
В августе 2008 года после конфликта России с Грузией НАТО приостановило заседания СРН, был заморожен ряд программ. 5 марта 2009 года на заседании глав МИД стран НАТО решено возобновить сотрудничество с РФ в полном объеме. В декабре 2009 года Москву посетил новый генсек НАТО Андерс Фог Расмуссен, заявивший, что альянс "не видит в России врага".