日本－乌克兰关系是日本与乌克兰之间的双边关系。苏联解体不久的1991年12月28日，日本外交承认乌克兰，次年1月26日建交。日本在基辅设有大使馆（日语：在ウクライナ日本国大使館），乌克兰亦在东京都设有大使馆（日语：駐日ウクライナ大使館）。
1917年俄国二月革命后，日本驻俄罗斯大使馆向基辅派遣芦田均带领的外交与军事使团，芦田均于1917年7月成为首位访问乌克兰中央议会的协约国外交官。1917年11月布尔什维克占领最高统帅部大本营（俄语：Занятие большевиками Ставки Верховного главнокомандующего）后，原在莫吉廖夫最高统帅部大本营（俄语：Ставка Верховного главнокомандующего）的日本军事使团迁往基辅。日本及其他协约国军事使团长官表示愿意帮助乌克兰人民共和国在人员、武器、财政方面保持对抗同盟国的战线，不过并未实现。此外，日本领事馆继续在敖德萨办公。日本政府从使团得知1918年1月乌克兰宣布独立，当时在乌克兰的日本记者也报导了此事。
1918年，乌克兰人民共和国政府任命鲍里斯·沃布利（俄语：Воблый, Борис Иванович）为驻日代表。
1920年，乌克兰的代表与日本驻欧洲外交官之间有通信。20世纪20年代末30年代初，乌克兰人民共和国流亡政府（乌克兰语：Уряд Української Народної Республіки в екзилі）与日本军保持联系。
苏联解体不久的1991年12月28日，日本外交承认乌克兰，次年1月26日建交。1993年1月，日本在基辅设大使馆；次年9月，乌克兰亦在东京都设大使馆。
2008年起，两国关系在InvestUkraine（英语：InvestUkraine）、乌克兰日本中心（ウクライナ日本センター）、日本贸易振兴机构等团体主持的定期交流下明显增进。2009年3月25日，乌克兰总理尤莉娅·季莫申科访日，会见日本内阁总理大臣麻生太郎。他们以联合声明欢迎贸易、投资、节能等方面的合作，并讨论了近期经济危机影响等话题。
乌克兰在两国贸易的收入更多，日本出口钢管与汽车，进口铝与食品。作为另一种贸易形式，2008年7月15日，《京都议定书》签署国日本同意从乌克兰购买温室气体排放额度，以达成《联合国气候变化框架公约》设定目标，并于2009年3月26日达成共识。
1998至2009年，日本向乌克兰的教育文化机构提供了超过430万美元的资金援助。此外，日本向乌克兰提供了超过1.518亿美元的补贴。
2014年克里米亚危机期间，日本表示自己是乌克兰的坚定盟友。日本国政府制裁了俄罗斯，不过有指出由于不想危及日俄关系，日本将制裁设计为无实际效果。日本批评俄罗斯侵犯乌克兰领土完整与主权。此外，日本表示在乌克兰同意接受并实施国际货币基金组织各项改革后，愿意提供15亿美元的财政援助。
2022年2月，俄罗斯入侵乌克兰后，日本制裁俄罗斯，禁止俄罗斯在日本发行债券，冻结部分俄罗斯人个人资产，并限制俄罗斯人赴日旅行。
2005年7月，乌克兰总统维克多·尤先科访日，讨论了切尔诺贝利清理事宜。
2011年福岛核灾后的2012年5月，两国签署协定，协力应对核灾后事宜。据此协定，两国2012年在东京都、2013与2014年在基辅组成相应的委员会。
