Ühe prioriteetse tegevusvaldkonnana näeb Eesti NATO Ühing koostööd rahvusvaheliste organisatsioonidega, eelkõige teiste NATO ühingutega üle maailma.
Aastate jooksul on Eesti NATO Ühing teinud koostööd NATO Ühingute katuseroganisatsiooniga Atlantic Treaty Association (ATA) ja noori koondava rahvusvahelise ühinguga Youht Atlantic Treaty Association (YATA). Ühingu juhtkond osaleb iga-aastasel ATA assambleel ning ATA toel on läbi viidud erinevaid projekte Eestis.
Taani
Eriti head koostöösuhted on Ühingul Taani NATO Ühinguga. Tänu ühistele ettevõtmistele Taani NATO Ühinguga, on Ühingu noored mitmeid kordi osalenud Taanis toimuval rahvusvahelisel kriisisohjamissimulatsioonil Danish Atlantic Youth Seminar (DAYS).
Ukraina
Ühing tegeles aastate 2008 ja 2009 vältel aktiivselt Ukraina kodanikuühiskonna arendamisele kaasa aitamisega. Kahe aasta jooksul korraldati Ukraina erinevates piirkondades 10 seminari, mille eesmärgiks oli elanikkonna teadlikkuse tõstmine demokraatlikest protsessidest, heast valitsemisest ja euro-atlantilisest integratsioonist. Valitsusvälistele organisatsioonidele ja avalik-õiguslikele asutustele selgitati Eesti näite varal informatsiooni vahetamise ja institutsioonide vahelise koostöö põhimõtteid. Ülikoolidele, raamatukogudele, ajakirjanikele ning riigiasutustele jagati 1000 raamatut NATO A&O, mis tutvustasid Eesti kogemust NATO-ga liitumisel.
Veebruaris 2009 külastas Eestit 30-liikmeline õppegrupp Ukrainast, kellele tutvustati Avatud Eesti Fondi toel meie NATO-kogemust.
Ühing plaanib taolisi tegevusi jätkata ja kaasata projekti ka teiste riikide organisatsioone.
Kõrgõzstan
2010. aasta veebruaris viibis grupp Kõrgõzstani noori Tallinnas Eesti NATO Ühingu ja International Republican Institute‘i (IRI) korraldatud nädalasel seminaril, mille eesmärk oli tuua kokku reforme läbi viia sooviv Kõrgõzstan ja edukalt reformitud Eesti. IRI programmi Rising Stars raames tutvutati Kõrgõzstani tuleviku kujundajatele juba reformid läbinud Eesti majandust, poliitikat ja ühiskonda.
Tallinna külastanud kümmekonnast noorest koosnenud grupp kohtus Riigikogu liikmetega ja ajakirjanikega, infotehnoloogia ja internetivõimaluste levikut Eestis tutvustati e-valitsuse, IKT Demokeskuse ja Tiigrihüppe Sihtasutuse näidetega, Eesti majandusest andsid külalistele ülevaate Kaubandus-Tööstuskoda ja EAS.