与国际及地区组织的合作在上海合作组织的对外交往中具有重要地位。上海合作组织及其合作伙伴在基础文件中确立的维护地区和平、稳定、安全与可持续发展的目标是创建合作基础的凝聚力。

2005年4月21日，上海合作组织秘书处在雅加达与东南亚国家联盟（ASEAN）签署了谅解备忘录。该文件将反恐、打击毒品和武器走私、经济与金融、能源以及旅游等领域的合作列为优先事项。

2005年4月12日，上海合作组织秘书处在北京与独立国家联合体(CIS)执行委员会签署了谅解备忘录。安全、经贸和人文等领域合已被确定为优先事项。

2007年10月5日，上海合作组织秘书处与独联体集体安全条约组织（CSTO） 在杜尚别签署了谅解备忘录。该文件规定了双方在维护地区和国际安全与稳定、打击恐怖主义、打击毒品非法贩运、遏制武器非法贩运以及打击有组织跨国犯罪等领域的合作。

2007年12月11日，上海合作组织秘书处与经济合作组织（ECO）秘书处在阿什哈巴德签署了《谅解备忘录》，根据该备忘录，双方将在经贸、交通、能源、生态、旅游及其他共同关心的领域开展合作。

2014年5月20日，上海合作组织秘书处与亚洲相互协作与信任措施会议（CICA）秘书处在上海签署了谅解备忘录。双方在解决地区冲突、加强基本的不扩散制度以及寻求共同应对当前挑战（恐怖主义、分裂主义、极端主义、贩毒、跨国犯罪和非法武器贸易）方面采取相似的方法。

2017年6月9日，上海合作组织秘书处与红十字国际委员会（ICRC）在阿斯塔纳签署了谅解备忘录。双方合作的主要领域是就仅适用于武装冲突的国际人道法相关问题保持对话。双方还在法律适用、教育和卫生保健等领域开展合作。

2021年9月17日，上海合作组织秘书处在杜尚别与欧亚经济委员会（EEC）签署谅解备忘录。上海合作组织与欧亚经济联盟（EAEU）在以下领域开展合作：经济与金融、交通运输与多式联运、投资、数字化以及信息通信技术。

2022年9月15日，上海合作组织秘书处与阿拉伯国家联盟（LAS）秘书长在撒马尔罕签署了谅解备忘录。根据该文件，双方将在各自职权范围内，促进在安全与稳定、贸易、经济、投资与金融、公共卫生、科学、文化及社会发展等领域的合作。

2026年3月18日，上海合作组织秘书处与打击非法贩运麻醉药品、精神药物及其前体区域信息协调中心(中亚地区禁毒信息协调中心)在阿拉木图签署了谅解备忘录。

自2015年起，上海合作组织、集体安全条约组织和独联体最高行政官员会议机制正式启动。2025年9月3日，三方在北京批准了《上合组织、集安条约组织与独联体合作发展路线图》。