Města a obce Plzeňského kraje v uplynulých letech významně rozvíjely partnerské vztahy s městy a obcemi v Evropě i mimo ni. Na tuto spolupráci po svém vzniku navázal také Plzeňský kraj.

Nejvýznamnější roli v zahraničních vztazích Plzeňského kraje hraje přeshraniční spolupráce. V roce 2001 navázal Plzeňský kraj oficiální styky s vládami Horní Falce a Dolního Bavorska. Konkrétní oblasti spolupráce se rozvíjejí především v pracovních skupinách hospodářství, cestovní ruch, doprava, ochrana životního prostředí, zemědělství a komunální spolupráce. Intenzívnější vztahy jsou v posledních letech s regionem Horní Falc v rámci tříletých projektů zaměřených na rozvoj příhraniční spolupráce. Mezi pravidelné akce patří mimo jiné také regionální konference, které se konají střídavě v České republice a ve Spolkové republice Německo.

Ve stejném roce, tedy v roce 2001, podepsali zástupci Plzeňského kraje Memorandum o přátelství s provincií Bergamo ležící v severní části Itálie.

V říjnu 2006 uzavřel Plzeňský kraj spolupráci s hrabstvím Northamptonshire z Velké Británie a v červenci roku 2007, během návštěvy delegace z čínské provincie Zhejing, podepsal hejtman Plzeňského kraje Memorandum o přátelství s touto nejvzdálenější partnerskou provincií Plzeňského kraje.

22. října 2009 podepsal Plzeňský kraj Deklaraci o spolupráci s rumunskou župou Caraş-Severin. Součástí župy je i oblast Banátu, ve které stále v českých vesnicích žijí potomci českých přistěhovalců.

Dalšími dvěma regiony, se kterými uzavřel Plzeňský kraj deklarace o spolupráci, byly v únoru 2011 Bjelovarsko-bilogorská župa z Chorvatska a v říjnu 2012 Východokazašská oblast z Kazachstánu. Zatím posledním partnerem Plzeňského kraje se stalo v dubnu 2015 město Can Tho z Vietnamu, město se statusem provincie, se kterým Plzeňský kraj podepsal memorandum o navázání spolupráce během návštěvy krajské delegace ve Vietnamu.

Za dobu své existence měl Plzeňský kraj ještě dva partnerské regiony, a to francouzský Franche-Comté a Sverdlovskou oblast v Rusku. S francouzským regionem byla spolupráce navázána v květnu 2008, ale po změně administrativního uspořádání ve Francii v roce 2016, kdy se region Franche-Comté spojil s regionem Burgundsko, došlo k přerušení spolupráce. Nově vzniklý region již neměl o spolupráci s Plzeňským krajem zájem, a proto došlo v roce 2018 k jejímu formálnímu ukončení.

Spolupráce s ruskou Sverdlovskou oblastí se datovala od května 2009. Z důvodu vojenské agrese Ruské federace vůči Ukrajině ukončil Plzeňský kraj partnerství v dubnu 2022.