В 2003 году КазНУ им. аль-Фараби первым среди вузов Центральной Азии присоединился к Великой Хартии Университетов в г.Болонья, обозначив свою интеграцию в международное научно-образовательное пространство.
Сегодня вуз активно сотрудничает с 525 университетами и научными центрами 47 стран мира. КазНУ им. аль-Фараби является членом Международной, Европейской и Евразийской Ассоциаций университетов.
КазНУ является стратегическим партнером Альянса Цивилизации ООН и Региональным Хабом по Устойчивому развитию в рамках программы ЮНЕСКО – UNITWIN.
КазНУ первым в Центральной Азии принят в Международный консорциум университетов (WUC) (2014); Сеть университетов Глобальной инициативы Клинтона – Clinton Global Initiative University (CGI U) (2015); Организацию COMSATS (2015); Альянс университетов нового Шелкового пути (New Silk Road Universities Alliance, КНР) и его Совет директоров (2015); Сеть университетов Шелкового пути (Silk-Road Universities Network, Южная Корея).
В КазНУ в рамках международной интеграции науки и образования созданы учебно-научные центры и лаборатории высокотехнологичных мировых компаний «Hewlett-Packard», «Samsung», «Cisco», «Konica Minolta», «Microsoft», FUJITSU и других, на базе которых реализуются программы дополнительного профессионального образования.
Университет имеет свои представительства в зарубежных странах (Совместная Химическая Лаборатория в Университете г. Росток, Германия; Лаборатория КазНУ по Фотохимии в Международном Центре Карачи,  Пакистан; Казахстанский Центр при Пекинском Университете Иностранных Языков) и Центры аль-Фараби при зарубежных вузах.
В КазНУ реализуются совместные двудипломные бакалаврские, магистерские и PhD программы с университетами Лотарингии (Франция), Ла Сапиенза (Италия), Российским университетом Дружбы народов (Россия), Каунасским университетом (Литва), Университетом Осака (Япония), Университетом Ханкук (Корея), Валенсийским политехническим университетом Испании и другими вузами.
На базе университета функционирует международный Казахстанско-Французский Центр «Гео-энергетика», цель которого состоит в  формировании казахстанской научной элиты в области геологии и добычи энергетических ресурсов через подготовку студентов в совместной магистратуре и докторантуре с выдачей дипломов Казахстана и Франции.
КазНУ им. аль-Фараби входит в консорциумы двух международных сетевых университетов – Университета Шанхайской организации сотрудничества (УШОС) и Сетевого открытого университета Содружества независимых государств (СУ СНГ).