สมเด็จพระราชาธิบดีฟีลิป และสมเด็จพระราชินีมาตีลด์ เสด็จพระราชดำเนินเยือนประเทศไทยหลายครั้ง เมื่อครั้นตั้งแต่ทรงดำรงพระราชอิสริยยศ ดยุคและดัชเชสแห่งบราบันท์ โดยทรงเสริมสร้างความร่วมมือด้านการค้าและการลงทุน รวมทั้งการหาแนวทางในการทำการค้าและการลงทุนร่วมกันในสาขาที่ประเทศไทยให้ความสำคัญลำดับต้นในการพัฒนาประเทศ และที่เบลเยียมมีเทคโนโลยีและความเชี่ยวชาญคือ การพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานและโลจิสติกส์ พลังงานสะอาดและพลังงานทดแทน สุขภาพและเวชภัณฑ์ เกษตรอาหาร เป็นต้น เป็นความร่วมมือด้านการค้าและการลงทุนในสาขาที่มีศักยภาพร่วมกันและสอดคล้องกับแผนการพัฒนาประเทศของไทย รวมทั้งเป็นการสร้างความรู้และความเข้าใจระดับประชาชนเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสองประเทศที่มีรากฐานมากกว่า 140 ปี[8]

นอกจากมีความสัมพันธ์ทางการค้าขายแล้ว ยังทรงกระชับความสัมพันธ์ของพระราชวงศ์ทั้ง 2 ประเทศ โดยเมื่อปีค.ศ. 2006 ดยุคและดัชเชสแห่งบราบันท์ (พระราชอิสริยยศในขณะนั้น) ทรงเสด็จพระราชดำเนินทรงร่วมกับสมาชิกพระราชวงศ์ต่างประเทศในการพระราชพิธีฉลองสิริราชสมบัติครบ 60 ปี ของพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช ณ กรุงเทพมหานคร

เมื่อเสด็จพระราชดำเนินเยือนประเทศไทย เมื่อปีค.ศ. 2013 ได้เสด็จพระราชดำเนินทรงพบ พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช เป็นการส่วนพระองค์ ณ อาคารเฉลิมพระเกียรติ โรงพยาบาลศิริราช

จากการสวรรคตของพระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช เมื่อวันที่ 13 ตุลาคม ค.ศ. 2016 สมเด็จพระราชาธิบดีฟีลิป ได้มีพระราชดำรัสแสดงความเสียพระราชหฤทัย สำนักพระราชวังของเบลเยียม ได้นำข้อความพระราชดำรัสเผยแพร่ผ่านทางทวิตเตอร์ของสำนักพระราชวัง ความว่า "รู้สึกเสียใจอย่างสุดซึ้งต่อการเสด็จสวรรคต ของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เป็นการสิ้นสุดรัชสมัยที่ยาวนาน ข้าพเจ้าขอส่งความระลึกไปถึงพระราชวงศ์ และพสกนิกรชาวไทย" ทั้งในงานพระราชพิธีถวายพระเพลิงพระบรมศพ สมเด็จพระราชาธิบดีฟิลิป ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าโปรดกระหม่อมให้ สมเด็จพระราชินีมาตีลด์แห่งเบลเยียม เสด็จพระราชดำเนินแทนพระองค์ด้วย