Смерть Сталина в 1953 году и приход к власти Хрущёва ознаменовались началом периода «оттепели»[114]. На волне ракетно-ядерной гонки и химизации народного хозяйства стремительно развивались научно-исследовательские институты АН УССР. В 1957 году основан Вычислительный центр АН УССР, в 1960 году в Институте физики запущен атомный реактор. В том же году пущен в эксплуатацию первый участок метрополитена[107], а население города превысило один миллион жителей.
Ослабление идеологического давления способствовало усиленной творческой активности[115]. В Киеве дебютировали писатели Иван Драч, Виталий Коротич, Лина Костенко; композиторы Валентин Сильвестров и Леонид Грабовский; на киностудии им. А. Довженко были созданы такие киноленты, как «За двумя зайцами» (Виктор Иванов, 1961), «Тени забытых предков» (Сергей Параджанов, 1964)[116].
В то же время очередная атеистическая кампания привела к закрытию ряда храмов, которые возобновили свою деятельность во время войны, сносу некоторых культовых сооружений, осквернению исторических захоронений (разгромлено Лукьяновское еврейское и караимское кладбище площадью свыше 25 га.). Халатное отношение к технологическим требованиям привело к масштабной Куренёвской трагедии, которая длительное время замалчивалась властью[117][118][119]. При невыясненных до конца обстоятельствах 24 мая 1964 года были уничтожены пожаром уникальные материалы из фондов Государственной публичной библиотеки АН УССР[120].
В 1960-е годы резко ускорились урбанизационные процессы, благодаря чему с 1959 по 1979 год общее количество постоянных жителей Киева возросло с 1,09 до 2,12 млн человек[121]. В эти годы были возведены новые жилые массивы на левом берегу Днепра: Русановка, Березняки, Воскресенка, Левобережный, Комсомольский, Лесной, Радужный; позже: Вигуровщина-Троещина, Харьковский, Осокорки и Позняки. Построены многоэтажные гостиницы: «Лыбидь» (17 этажей, 1971 год), «Славутич» (16 этажей, 1972 год), «Киев» (20 этажей, 1973 год), «Русь» (21 этаж, 1979 год), «Турист» (26 этажей, 1980 год)[122].
Разрасталась сеть высших учебных заведений, создавались новые культурные центры (в частности, Театр драмы и комедии, Молодёжный театр), музеи, среди которых Музей народной архитектуры и быта УССР, Музей истории Киева и Музей истории Великой Отечественной войны с 62-метровой статуей Родины-матери