Дипломатические отношения установились в октябре 1942 года. Первым послом СССР на Кубе стал М. М. Литвинов.
Первые послевоенные годы отношения между государствами складывались хорошо — некоторые эмигранты из СССР приняли советское гражданство, работал Кубино-советский институт по культурному обмену. Но после начала холодной войны отношения держав стали хуже — 28 мая 1949 года арестовали 11 советских граждан, которые состояли в дружественном СССР Украинско-белорусском комитете, а также ещё 11 кубинцев.
10 марта 1952 Фульхенсио Батиста произвёл государственный переворот и незаконно пришёл к власти в Кубе. Также, в 1952 году Советский Союз разорвал с Кубой все отношения.
В 1960 году дипломатические отношения между двумя странами были восстановлены. Экспорт продукции военного действия и оказание технической поддержки из СССР начались в 1960 году и происходили до 1990 года.
В мае 1961 Фидель Кастро заявил, что Куба пойдёт по социалистическому пути становления. Это сильно поменяло отношение правительства Советского Союза к Кубе. На Кубу поехали советские инженеры, военные профессионалы и оружие, чтобы защитить страну от повторной интервенции Америки.
В 1962 произошёл визит Рауля Кастро в Советский Союз, где он увиделся с Никитой Хрущёвым. Они договорились о том, что нужно поместить на Кубе советские ракеты среднего действия. 14 октября 1962 США обнаружило расположение советского ядерного оружия на Кубе и произошёл Карибский кризис. Обменявшись на уничтожение похожих ракет США в Турции и гарантии безопасности на Кубе, Хрущёв возвратил ракеты в СССР.
После этого бывший интерес в отношениях между Кубой и СССР погас, потому что решение увезти ракеты с Кубы Хрущёв принял сам, без советов с правительством Кубы.