אוקראינה היא, אחרי טורקיה וישראל, אחת השותפות הצבאיות העיקריות של אזרבייג'ן. קצינים אזריים מאומנים באקדמיות צבאיות באוקראינה וסיוע טכני שונה ניתן על ידי אוקראינה. אוקראינה תומכת בעמדת אזרבייג'ן בפתרון הסכסוך נגורנו-קרבאך נגד ארמניה. לאחר אירועי ינואר השחור, כ-10,000 איש השתתפו בעצרת בלבוב כדי למחות על ההתערבות הצבאית של רוסיה באזרבייג'ן. ישנם כ-32,000 אוקראינים המתגוררים באזרבייג'ן, ולמעלה מ-45,000 אזרים חיים באוקראינה. קברו של אוטאמן גולובאטי האוקראיני עדיין מוגן על ידי אזרים ויש גם אנדרטה בלנקראן המוקדשת לקוזאקים. שתי המדינות תומכות זו בזו בכניסה לארגונים בינלאומיים. היחסים הדיפלומטיים כוננו בשנת 1919 לראשונה ואזרבייג'ן מכירה באירועי הולודומור כרצח עם.