România și Vaticanul au stabilit relații diplomatice, la nivel de legație, în anul 1920 când, la 1 iunie, a luat ființă Legația României pe lângă Sfântul Scaun. Titular al acesteia era Dimitrie C. Pennescu, în calitate de trimis extraordinar și ministru plenipotențiar, se arată pe site-ul Ambasadei României pe lângă Sfântul Scaun și Ordinul Suveran Militar de Malta.

La 10 mai 1927, în Cetatea Vaticanului s-a semnat Concordatul dintre România și Sfântul Scaun. Documentul, intrat în vigoare la 7 iulie 1929, stipula că religia catolică "se va practica și exercita liber și în public în toată România".

Reprezentanța României la Vatican a fost ridicată la nivel de ambasadă la 22 decembrie 1938, pentru ca în 1940, să redevină legație.

După cea de-a doua conflagrație mondială, în condițiile instaurării în țara noastră a regimului comunist, la începutul anului 1946, nunțiul papal, monseniorul Andrea Cassulo, a fost declarat "persona non grata", iar mai târziu, prin Decretul nr. 151 din 17 iulie 1948, partea română a denunțat Concordatul cu Sfântul Scaun. Întrerupte la 7 iulie 1950, relațiile diplomatice ale României cu Vaticanul au fost reluate 40 de ani mai târziu, la 15 mai 1990.

Este de menționat că, deși până în 1990 relațiile dintre România și Vatican au avut caracter neoficial, o oarecare destindere s-a remarcat după ce papa Paul al VI-lea (1963-1978) i-a primit, în anul 1968, într-o audiență neoficială, pe președintele Consiliului de Miniștri, Ion Gheorghe Maurer, și pe ministrul de externe, Corneliu Mănescu. La 26 mai 1973, a avut loc vizita solemnă la Vatican a președintelui Consiliului de Stat (funcție echivalentă, la aceea dată, cu cea de șef al statului), Nicolae Ceaușescu, care a fost primit de papa Paul al VI-lea.

Un moment deosebit în cadrul relațiilor bilaterale l-a constituit întâlnirea de la Vatican, din 5 ianuarie 1989, când patriarhul Teoctist, aflat la Roma în drum spre India, este primit într-o vizită particulară de papa Ioan Paul al II-lea (1978-2005).

După 1989, în România s-au luat măsuri pentru libertatea exercitării cultelor religioase.

Relațiile diplomatice dintre România și Sfântul Scaun, la nivel de ambasadă, au fost reluate la 15 mai 1990. 

Vizita Papei Ioan Paul al II-lea, din 1999. Sosirea pe Aeroportul Otopeni unde a fost întâmpinat cu pâine și sare (7 mai 1999)

La nivelul relațiilor politice, un moment de referință rămâne vizita istorică la București a papei Ioan Paul al II-lea în perioada 7-9 mai 1999, la invitația patriarhului Teoctist și a președintelui României, Emil Constantinescu. Vizita papei Ioan Paul al II-lea în România a fost prima vizită efectuată de un suveran pontif într-o țară majoritar creștin-ortodoxă. Pe parcursul vizitei, papa a avut o întâlnire cu patriarhul Teoctist și cu membrii Sfântului Sinod al Bisericii Ortodoxe Române, la care au participat președintele României Emil Constantinescu, premierul Radu Vasile, președinții Camerelor Parlamentului. La 9 mai, în Parcul Izvor, în prezența patriarhului Bisericii Ortodoxe Române, Teoctist, și a peste 200 000 de credincioși, a avut loc celebrarea euharistică a sfântului părinte. Suveranul pontif a celebrat slujba și a rostit predica în limba română. 

Papa Ioan Paul al II-lea și Patriarhul Teoctist, la București (7 mai 1999)

În perioada 7-14 octombrie 2002, patriarhul Teoctist a efectuat o vizită la Vatican, la invitația papei Ioan Paul al II-lea. La 12 octombrie, patriarhul Teoctist și papa Ioan Paul al II-lea au semnat o Declarație comună, în care îndeamnă la unitatea creștinilor. 

Slujba pontificală de la Catedrala San Pietro la care a participat Patriarhul Bisericii Ortodoxe Române Teoctist (13 octombrie 2002)

După 1990, întâlnirile președinților României cu suveranii pontifi au debutat la 1 februarie 1991, când președintele Ion Iliescu a fost primit la Vatican de papa Ioan Paul al II-lea. Președintele Ion Iliescu a mai fost primit de suveranul pontif cu prilejul unor vizite efectuate la Roma la 14 septembrie 1992 și în perioada 28-30 martie 1995. La 17 decembrie 2001, cu prilejul vizitei efectuate la Cetatea Vaticanului și la Roma (17-18 decembrie 2001), președintele României, Ion Iliescu, a fost primit în audiență privată, la Vatican, de papa Ioan Paul al II-lea, și a participat în Piața Sf. Petru, la ceremonia împodobirii bradului de Crăciun, oferit de România. A fost prima oară când României i-a revenit onoarea de a dona Vaticanului bradul de Crăciun. La 30 septembrie 2004, aflat pentru a cincea oară în vizită oficială la Vatican, președintele Ion Iliescu a avut o întâlnire privată cu papa Ioan Paul al II-lea, prilej cu care i-a dăruit lucrări religioase semnate de pictorul Zamfir Dumitrescu. La rândul său, suveranul pontif i-a oferit președintelui României o colecție de medalii și de monede bătute la Vatican. În cadrul vizitei, președintele Ion Iliescu a luat parte și la inaugurarea expoziției de documente istorice intitulată "Ștefan cel Mare — punte între Orient și Occident", găzduită de Salonul Sixtin al Muzeelor Vaticane. 

Fostul președinte Ion Iliescu și Papa Ioan Paul al II-lea (30 septembrie 2004)

O vizită la Vatican a efectuat și președintele Emil Constantinescu, la 6 octombrie 2000, când a fost primit de papa Ioan Paul al II-lea. Cu acest prilej, Emil Constantinescu i-a oferit papei o icoană a Fecioarei Maria.

La 8 aprilie 2005, președintele Traian Băsescu, premierul Călin Popescu-Tăriceanu, fostul suveran al României, Mihai I, foștii șefi de stat Ion Iliescu și Emil Constantinescu, au participat, la Vatican, la funeraliile papei Ioan Paul al II-lea.

Președintele României, Traian Băsescu, a efectuat o vizită oficială la Vatican în perioada 5-7 septembrie 2008. La 15 februarie 2013, președintele Traian Băsescu a efectuat o vizită oficială la Roma, unde a fost primit în audiență, la Cetatea Vaticanului, de papa Benedict al XVI-lea (2005-2013). Președintele Traian Băsescu i-a oferit suveranului pontif Tetraevangheliarul. Suveranul pontif i-a oferit, la rându-i, o medalie aniversară a pontificatului său. Președintele României a fost penultimul șef de stat primit de papa Benedict al XVI-lea, înainte de retragerea sa. La 19 martie 2013, președintele României, Traian Băsescu, a participat, la Vatican, alături de alți șefi de stat și de guvern, la ceremonia de inaugurare a pontificatului papei Francisc ca episcop al Romei, succesor al Apostolului Petru și suveran pontif al Bisericii Catolice.

Președintele Traian Băsescu și Papa Benedict al XVI-lea (15 februarie 2013)

Președintele Klaus Iohannis a fost primit, la 15 mai 2015, la Vatican, de papa Francisc, șeful statului fiind însoțit de soția sa, Carmen, și de delegația prezidențială. La finalul discuțiilor dintre Klaus Iohannis și suveranul pontif, care au durat circa 20 de minute, președintele României i-a dăruit papei o gravură a Sibiului, realizată de artistul plastic Ștefan Orth, și o monedă de aur, emisiune numismatică dedicată împlinirii a 2.000 de ani de creștinism. La rândul său, papa Francisc i-a oferit președintelui o fotografie care îl reprezintă pe îngerul păcii învingând moartea. Papa Francisc a acceptat invitația președintelui Klaus Iohannis de a vizita România, data urmând a fi convenită ulterior. "Președintele României i-a adresat Sanctității Sale invitația de a vizita România. Invitația a fost acceptată cu plăcere, data vizitei urmând a fi convenită ulterior pe canale diplomatice", se arată într-un comunicat al Administrației Prezidențiale. La finalul vizitei sale la Vatican, care a avut loc la exact 25 de ani de la reluarea relațiilor diplomatice bilaterale (la 15 mai 1990), președintele a depus, împreună cu soția sa, un buchet de flori la mormântul papei Ioan Paul al II-lea, aflat la Bazilica Sfântul Petru. 

Președintele Klaus Iohannis și soția sa, Carmen, păstrează un moment de reculegere la mormântul Papei Ioan Paul al II-lea aflat în Bazilica Sfântul Petru, la Vatican (15 mai 2015)

Și premierii României au efectuat vizite la Vatican. 
În timpul vizitei din Italia, din 7-9 iulie 1998, prim-ministrul Radu Vasile a fost primit la Vatican, la suveranul pontif Ioan Paul al II-lea. Cu această ocazie, premierul Radu Vasile i-a înmânat papei invitația de a vizita România, în mai 1999.

Primul-ministru Călin Popescu-Tăriceanu a fost primit, la 7 noiembrie 2007, la Vatican, într-o scurtă audiență privată, de papa Benedict al XVI-lea.

La 16 septembrie 2009, ocazia vizitei oficiale pe care a efectuat-o în Italia (16-17 sept.), premierul Emil Boc a fost primit, la Vatican, de papa Benedict al XVI-lea, cu care a avut o întrevedere.

La 1 martie 2014, premierul Victor Ponta, aflat în vizită la Roma (27 feb.-1 mart.), a fost primit în audiență privată, la Palatul Apostolic din Vatican, de către papa Francisc. Primul-ministru român a fost însoțit de soția sa, europarlamentarul Daciana Sârbu, ministrul Mediului, Rovana Plumb, europarlamentarul Corina Crețu și ministrul de Externe, Titus Corlățean. 

Premierul Victor Ponta a fost primit în audiență, la Palatul Apostolic din Vatican, de Suveranul Pontif, Papa Francisc (1 martie 2014)

La 30 aprilie 2015, cu prilejul aniversării a 25 de ani de la restabilirea relațiilor diplomatice dintre România și Sfântul Scaun, oficiali ai Vaticanului au fost decorați de președintele Klaus Iohannis, la propunerea ministrului Afacerilor Externe, Bogdan-Lucian Aurescu, "în semn de înaltă apreciere pentru contribuția deosebită avută la dezvoltarea relațiilor dintre cele două state, pentru promovarea constantă a păcii, umanismului, toleranței și dialogului interconfesional".