Edistääkseen tavoitteittensa toteutumista Vasemmistoliitto tekee yhteistyötä eri maiden vasemmistopuolueiden ja kansalaisjärjestöjen kanssa.

Säännöllisimmin yhteistyötä tehdään Pohjoismaiden vihreän vasemmiston liiton (NGLA), Euroopan parlamentin GUE/NGL-ryhmän, Pohjoismaiden neuvoston vasemmistososialistisen vihreän puolueryhmän ja Uuden eurooppalaisen vasemmistofoorumin (NELF) puitteissa.

Vuonna 2004 perustettuun Pohjoismaiden vihreän vasemmiston liittoon (NGLA) kuuluvat Vasemmistoliiton lisäksi Ruotsin Vasemmistopuolue, Norjan Sosialistinen vasemmistopuolue (SV), Tanskan Sosialistinen kansanpuolue ja Islannin Vasemmistopuolue - Vihreät (VG).

Vasemmistoliiton puheenjohtaja Paavo Arhinmäki toimii Pohjoismaiden Neuvoston Suomen valtuuskunnan puheenjohtajana.

Vasemmistoliitto on Euroopan vasemmistopuolueen jäsen.