1953 жылдың 17 мамырында Алматы қаласында дүниге келген. Әкесі – Кемел Тоқаұлы Тоқаев (1923-1986), Ұлы Отан соғысына қатысқан, белгілі жазушы, қазақ әдебиетінде детективті-оқиғалы жанрдың негізін салушы. Анасы – Тұрар Шабарбаева (1931-2000), Алматы шет тілдері педагогикалық институтында жұмыс істеген.

Қ.Қ. Тоқаев 1975 жылы Мәскеу мемлекеттік халықаралық қатынастар институтын бітірген. Дипломалды тағлымдамасын КСРО ның ҚХР дағы елшілігінде өткен. 1983-1984 жылдары Бейжің лингвистика институтында тағлымдамадан өтті. 1992 жылы РФ сыртқы істер Министрлігінің Дипломатиялық академиясын бітірді.

Еңбек жолын 1975 жылы КСРО сыртқы істер Министрлігінде бастап, Сингапур Республикасындағы кеңес елшілігіне жұмысқа жіберілген. КСРО СІМ аппаратына 1979 жылы оралды. 1984-1985 жылдары КСРО СІМ де жұмыс істеп, кейін ҚХР дегі кеңес елшілігіне жіберілген. Ол жерде екінші, бірінші хатшы және кеңесші лауазымында 1991 жылға дейін жұмыс істеген.

1992 жылы ҚР сыртқы істер министрінің орынбасары қызметіне тағайындалды. 1993 жылы ҚР сыртқы істер министрінің бірінші орынбасары болды. 1994 жылы ҚР сыртқы істер министрі болып тағайындалды. 1999 жылдың наурызында ҚР Премьер-Министрінің орынбасары болды. 1999 жылдың қазанында Парламент келісімімен ҚР Президентінің Жарлығымен ҚР Премьер-Министрлігіне тағайындалды. 2002 жылдың қаңтарында ҚР Мемлекеттік хатшы – сыртқы істер министрі болды. Осы лауазымда ядролық қаруды таратпау ғаламдық үдерісіне белсене қатысты.

2007 жылдың қаңтарында ҚР Парламенті Сенатының Төрағасы болып сайланды. 2008 жылы қазақстан парламенті жоғарғы палатасының спикері ретінде ОБСЕ Парламенттік қауымдастығының вице-президенті болып сайланды.

2011 жылдың наурызында БҰҰ Бас хатшысының орынбасары, БҰҰ ның Женевадағы бөлімінің Бас директоры, сонымен қатар БҰҰ Бас хатшысының қарусыздану бойынша Конференциядағы жеке өкілі болып тағайындалды. Сонымен қатар қарусыздану бойынша Конференцияның Бас хатшысы қызметін атқарды. ТМД сыртқы істер Кеңесінің және Шанхай ынтымақтастық ұйымының төрағалығына сайланды.

2013 жылдың 16 қазанында қайтадан ҚР Парламенті Сенатының Төрағалығына сайланды.

2019 жылдың 20 наурызында ҚР Президенті ретінде ант берді.

2007 жылдан «Нұр Отан» партиясының және «Нұр Отан» партиясы саяси кеңес Бюросының мүшесі. ҚР Қауіпсіздік Кеңесінің мүшесі. Төтенше және Уәкілетті Елші. Саяси ғылымдар докторы. Гуманитарлық және жаратылыс ғылымдары Дүниежүзілік академиясының толық мүшесі. «Даналар кеңесі» қауіпсіздік бойынша Мюнхен конференциясының мүшесі. Шэньчжэнь университеті (ҚХР) және РФ СІМ Дипломатиялық академиясының құрметті профессоры. Халықаралық қатынастар бойынша Қазақстандық Кеңестің құрметті президенті. Женева дипломатия және халықаралық қатынастар мектебінің құрметті деканы. Орыс биографиялық қоғамының нұсқасы бойынша «Жыл адамы-2018» лауреаттарының тізіміне енген. 13 жыл қатарынан Қазақстан үстел теннисі Федерациясын басқарды.

Халықаралық қатынастар мәселелелері бойынша 10 кітаптың авторы.

Қазақстан Республикасы және шет елдердің көптеген мемлекеттік марапаттарымен, сонымен қатар естелік медалдарымен марапатталған.

Салауатты өмір салтын қолдайды. Көркем, саяси және естелік әдебиеттермен әуестенеді.