Chương trình hợp tác quốc tế được xây dựng từ năm 2001. Nhà trường đã thiết lập mối quan hệ hợp tác và giao lưu với các trường tiểu học tại nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền giáo dục phát triển như Australia, Pháp, Mỹ, Anh, Singapore, Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc.
Học sinh ở mọi lứa tuổi có nhiều cơ hội gặp gỡ, kết bạn, cũng như trao đổi văn hóa và phương pháp học tập đa dạng với học sinh quốc tế thông qua các hoạt động thường niên như:
Sau 22 năm xây dựng các mối quan hệ hợp tác, học sinh Trường Tiểu học Đoàn Thị Điểm - Hà Nội đã có cơ hội học tập các chương trình chuẩn quốc tế, sử dụng tiếng Anh và tiếng Pháp một cách tự tin trong môi trường đa văn hóa, thể hiện:
Học sinh nhà trường cũng có cơ hội đón học sinh quốc tế đến thăm lớp, cùng tham gia các tiết học và hoạt động tại trường, trao đổi văn hóa truyền thống, học các bài hát dân ca và điệu nhảy dân tộc, cùng nhau sáng tạo các sản phẩm mang tính đặc trưng của Việt Nam.
Các em còn được trải nghiệm homestay với người bản địa và học tập tại các trường quốc tế ở nhiều quốc gia trên thế giới, tạo tiền đề vững chắc để trở thành công dân toàn cầu.