La storia del sistema di trasporto rapido di Kiev ha origine dal 1916, quando gli uomini d'affari delle corporazioni russo-americane tentarono di raccogliere fondi per sponsorizzare la costruzione di una metropolitana a Kiev, che era già stata la città pioniera dei sistemi di trasporto rapido della Russia imperiale, in quanto era già stato aperto proprio a Kiev il primo sistema tranviario russo. Dopo la caduta del governo zarista, l'atamano Skoropads'kyj divenne molto interessato alla costruzione della rete, ma dopo il crollo dell'etmanato nell'autunno del 1918, l'Ucraina si trovò nel caos della guerra civile e il progetto fu accantonato.

A seguito della vittoria bolscevica nella guerra civile russa, Kiev passò allo status di città provinciale e non furono approvate proposte su larga scala per il miglioramento della città. Due decenni dopo, la situazione cambiò quando, nel 1934, la capitale della RSS Ucraina fu spostata da Charkiv a Kiev. Nel 1936 il Presidio del Soviet Municipale di Kiev analizzò il primo rapporto per l'Istituto Moscovita di Ingegneria dei Trasporti, che proponeva la costruzione di un sistema metropolitano per la nuova capitale. Furono allocati fondi per lo sviluppo del piano, che fu però abbandonato quando, nel 1938, i preparativi per la seconda guerra mondiale divennero prioritari.

A seguito della terribile distruzione inferta alla città durante la guerra, fu attuata una grande opera di ricostruzione per la terza città maggiore dell'URSS. A quell'epoca, la metropolitana era ancora in progetto e la costruzione iniziò nell'agosto 1949. Undici anni dopo, aprirono i primi 5,2 km della rete da Vokzal'na a Dnipro.

 Tratto in superficie

Le cinque stazioni formavano la parte centrale dell'attuale Linea Svjatošyns'ko-Brovars'ka, che percorre la città da ovest a est. La linea attraversò il fiume Dnepr nel 1965 tramite il ponte della metropolitana appositamente costruito, e si diresse ad est verso le aree residenziali costruite sulla riva sinistra del fiume, con estensioni successive nel 1968 e 1971. Allo stesso tempo, si allungò verso le aree residenziali occidentali di Kiev, verso Svjatošyn e Bilyči in tre momenti, nel 1963, 1971 e 2003.

La costruzione della seconda linea ebbe inizio all'inizio degli anni settanta, e le prime tre stazioni furono aperte nel 1976. Quella che divenne poi la Linea Obolons'ko-Teremkivs'ka continuò ad estendersi: in due tranche, nel 1980 e nel 1982, raggiunse Obolon', e poi il maggiore quartiere residenziale, a nord di Kiev. Allo stesso tempo, continuò la costruzione verso sud-ovest, con nuove stazioni aggiunte nel 1981 e 1984.

La costruzione della terza linea, la linea Syrec'ko-Pečers'ka, iniziò nel 1981, e le prime tre stazioni aprirono nel 1989 nel centro di Kiev. Seguendo un asse nordest-sudovest, nel 1991 la linea proseguì fino alla riva sinistra del Dnepr e nel 1992 attraversò il fiume e continuò nelle aree residenziali di Poznjaky e Charkivs'kyj, raggiunte nel 1994. Verso la fine degli anni novanta, iniziò la costruzione per l'espansione verso il vecchio quartiere Syrec, con stazioni che aprirono nel 1996, 2000 e 2004. Inoltre, alcune delle stazioni intermedie furono deliberatamente lasciate incomplete e furono completate in seguito: Pečers'ka (aperta nel 1997) e Vyrlycia (nel 2006).

 La popolazione civile di Kiev si rifugia nella metropolitana cittadina per sfuggire ai bombardamenti russi, marzo 2022.

In seguito all'invasione russa dell'Ucraina del 2022, la rete metropolitana viene usata quotidianamente dai civili kieviti come rifugio antiaereo e antimissile. Difatti molte metropolitane dell'ex Unione Sovietica venivano costruite col doppio scopo di rifugio antiatomico in caso di guerra nucleare.