Offren var nepalier på väg till den kanadensiska ambassaden där de arbetade som säkerhetsvakter.
Angriparen väntade på bussen när den lämnade ett område, sade polisen.
Explosionen följdes av en separat bombattack på en marknad i Badakhshanprovinsen som dödade minst åtta personer och skadade 18 personer.
Talibanerna sade att de genomförde Kabul-bombningen, den första attacken sedan början av den heliga månaden Ramadan.
Bomben exploderade strax före 06:00 lokal tid (01:30 GMT) på en huvudväg som leder ut ur huvudstaden mot staden Jalalabad.
Vakterna var anställda av ett privat säkerhetsföretag, en tjänsteman berättade AFP nyhetsbyrå. Minst åtta andra skadades.
Händelsen följer på en självmordsattack på en buss i närheten av Kabul förra månaden och en attack på en domstol i Ghazni i juni. Båda attackerna hävdades av talibanerna som hämnd för avrättningen av sex fångar.
Talibanerna har sedan 2001 fört uppror mot regeringen. Nato avslutade sitt stridsuppdrag i december 2014, även om omkring 13 000 utbildnings- och antiterroristtrupper finns kvar i Afghanistan.
Fredsansträngningarna har avstannat efter det att talibanerna vägrade att delta i nya samtal med den afghanska regeringen till dess att de utländska styrkorna hade lämnat landet.
En självmordsattack på en minibuss i Kabul har dödat minst 14 personer och skadat flera fler, säger de afghanska myndigheterna.