Родился 17 мая 1953 г. в г. Алма-Ата Казахской ССР (ныне Республика Казахстан). Отец - Кемель Токаевич Токаев (1923-1986), участник Великой Отечественной войны, писатель. Мать - Турар Шабарбаева (1931-2000), работала в Алма-Атинском педагогическом институте иностранных языков.
В 1975 г. Касым-Жомарт Токаев окончил Московский государственный институт международных отношений МИД СССР (ныне МГИМО МИД России), в 1992 г. - Дипломатическую академию Министерства иностранных дел РФ.
В 1998 г. защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата исторических наук по теме "Азиатско-Тихоокеанские государства во внешней политике Казахстана". В 2001 г. стал доктором политических наук, защитив диссертацию "Внешняя политика Республики Казахстан в период становления нового мирового порядка".
В 1975 г. работал дежурным референтом МИД СССР. Затем был направлен в советское посольство в Сингапуре, где в 1975-1979 гг. работал дежурным референтом, референтом.
В 1979-1983 гг., вернувшись в Москву, был старшим референтом, атташе, третьим секретарем центрального аппарата МИД СССР.
В 1983-1984 гг. проходил стажировку в Пекинском лингвистическом институте.
С 1984 по 1985 г. - третий секретарь центрального аппарата МИД СССР.
В 1985-1991 гг. был вторым, затем первым секретарем в посольстве СССР в Китайской Народной Республике.
После распада Советского Союза вернулся в Казахстан.
В 1993-1994 гг. был заместителем министра иностранных дел Республики Казахстан.
С октября 1994 г. по октябрь 1999 г. - министр иностранных дел Казахстана в правительствах Акежана Кажегельдина и Нурлана Балгимбаева.
В марте - октябре 1999 г. занимал пост заместителя премьер-министра республики Нурлана Балгимбаева.
С 1 по 12 октября 1999 г. исполнял обязанности главы правительства Казахстана.
С 12 октября 1999 г. по 28 января 2002 г. - премьер-министр Республики Казахстан.
С января 2002 г. по июнь 2003 г. - государственный секретарь - министр иностранных дел Казахстана в правительстве Имангали Тасмагамбетова.
В 2003-2007 гг. - министр иностранных дел Республики Казахстан в правительстве Даниала Ахметова.
В июне 2007 г. стал членом правящей партии "Нур Отан" ("Свет Отечества"; с 1 марта 2022 г. - "Аманат"), входил в бюро политсовета партии. До 2022 г. партию возглавлял первый президент Казахстана Нурсултан Назарбаев.
В 2007-2011 гг. занимал пост председателя Сената (верхней палаты) Парламента Республики Казахстан IV созыва. В 2008-2011 гг. - заместитель председателя Парламентской ассамблеи ОБСЕ.
С марта 2011 г. по октябрь 2013 г. был заместителем генерального секретаря ООН Пан Ги Муна, возглавлял Европейское отделение ООН в г. Женеве (Швейцария), являлся генеральным секретарем Конференции по разоружению.
С 16 октября 2013 г. по 20 марта 2019 г. занимал пост председателя Сената Парламента Казахстана V, VI созывов.
С 2019 г. - президент Республики Казахстан.
19 марта 2019 г. первый президент республики Нурсултан Назарбаев заявил, что досрочно оставляет пост с 20 марта текущего года. В соответствии с конституцией полномочия главы государства были возложены на Касым-Жомарта Токаева как председателя Сената. 20 марта на совместном заседании обеих палат парламента он был приведен к присяге.
Предполагалось, что Касым-Жомарт Токаев будет оставаться на посту главы Казахстана до 2020 г., то есть до истечения срока президентского мандата Нурсултана Назарбаева, после чего состоятся очередные выборы главы государства. Однако 9 апреля Токаев подписал указ о назначении внеочередных президентских выборов на 9 июня 2019 г.
23 апреля 2019 г. внеочередной съезд партии "Нур Отан" выдвинул кандидатуру Касым-Жомарта Токаева на выборы президента Казахстана.
9 июня 2019 г. Токаев одержал победу на президентских выборах, набрав 70,96% голосов избирателей. Второе место занял общественный деятель и журналист Амиржан Косанов (16,23%). Инаугурация избранного главы государства состоялась 12 июня 2019 г.
С 28 апреля 2021 г. - председатель Ассамблеи народа Казахстана, консультативно-совещательного органа при президенте республики.
В январе 2022 г. возглавил Совет безопасности страны (с 1991 г. пост бессменно занимал первый президент республики Нурсултан Назарбаев). Возложил на себя полномочия главы Совбеза 5 января 2022 г. на фоне массовых беспорядков, начавшихся в Казахстане 2 января. Поводом для протестов послужило повышение цен на газ, впоследствии участники акций потребовали отставки руководства республики. В Казахстане было введено чрезвычайное положение, начата антитеррористическая операция. В отставку было отправлено правительство, руководство Комитета нацбезопасности. По просьбе Токаева в Казахстан были направлены миротворческие силы ОДКБ. 7 января власти заявили о восстановлении правопорядка.
С 28 января по 26 апреля 2022 г. - председатель партии "Нур Отан" ("Аманат"). Был избран главой партии на ее съезде по предложению бывшего лидера "Нур Отан" Нурсултана Назарбаева. В апреле вышел из партии. Позднее, в июне 2022 г., в конституцию страны были внесены поправки, согласно которым президент республики на период осуществления своих полномочий не может состоять в политической партии.
14 июня 2022 г. подписал указ об учреждении нового консультативно-совещательного органа при главе государства - Национального курултая. Возглавил его в качестве председателя.
20 ноября 2022 г. на внеочередных выборах Касым-Жомарт Токаев был вновь избран президентом Казахстана. Выдвигался от Народной коалиции (партии "Аманат", "Ак жол", Народная партия Казахстана и др.), получил на выборах 81,31% голосов. За его ближайшего соперника, председателя комитета агропромышленного комплекса Национальной палаты предпринимателей "Атамекен", кандидата от партии "Ауыл" Жигули Дайрабаева, проголосовали 3,42% избирателей. Инаугурация избранного президента состоялась 26 ноября 2022 г.
Почетный председатель Казахстанского совета по международным отношениям (с 2017 г.). Являлся президентом Федерации настольного тенниса Республики Казахстан.
Имеет ранг чрезвычайного и полномочного посла Республики Казахстан (1995).
Награжден орденами "Парасат" ("Благородство", 1996), "Казакстан Тунгыш Президентi Нурсултан Назарбаев" (орден Первого президента Республики Казахстан Нурсултана Назарбаева, 2004), "Отан" ("Отечество", 2014), Дружбы (Россия, 2004), Князя Ярослава Мудрого III степени (Украина, 2008), Почета (Россия, 2017) и др.
Почетный доктор и почетный профессор Дипломатической академии МИД РФ, почетный профессор Шэньчжэньского университета (КНР), почетный декан Женевского института дипломатии и международных отношений (Швейцария). Действительный член Всемирной Академии естественных и гуманитарных наук.
Автор книг и статей по вопросам международных отношений, в том числе: "Как это было: хроника волнений в Пекине (04.1989 - 06.1989)" (1993), "Организация Объединенных Наций: полвека служения миру" (1995), "Внешняя политика Казахстана в условиях глобализации" (2000), "Дипломатия Республики Казахстан" (2001), "Слово об отце" (2005), "Он делает историю" и др.
Владеет английским, китайским, русским и французским языками.
В 2022 г. Касым-Жомарт Токаев совершил малый хадж. В том же году вошел в рейтинг "500 самых влиятельных мусульман мира", который ежегодно публикует Королевский исламский центр стратегических исследований (Иордания).
Разведен, имеет сына. Сын - Тимур (род. 1984), кандидат политических наук, бизнесмен.