A favor del documento votaron 276 de los 450 diputados.
La normativa busca intensificar la cooperación con el bloque bélico para "cumplir los criterios necesarios para entrar en esta organización".
El documento fue aprobado un día después de que el Ejército ucraniano fracasara en su intento de tomar varias localidades en la provincia de Lugansk, este del país.
Las milicias repelieron la ofensiva del régimen de Petró Poroshenko que dejó un civil muerto.
Las autoridades de Lugansk evacuaron a niños y mujeres de tres localidades ante el asedio de la artillería pesada de las tropas gubernamentales.
Las hostilidades han provocado, según estimaciones de la ONU, más de 10.200 muertos.
Ucrania puso fin a su neutralidad en diciembre de 2014 al aprobar una nueva doctrina militar que prevé su acercamiento a la OTAN.
El Gobierno ucraniano se ha planteado garantizar la plena compatibilidad de sus Fuerzas Armadas con las tropas del bloque bélico hacia el 2020.