– Nato kommer att ge Ukraina säkerhet, Ukraina kommer att göra Nato starkare, sade presidenten under sitt tal.
På scenen stod även Volodymyr Zelenskyjs fru Olena Zelenska.
Presidenten har bjudits in till Nato-toppmötet där han bland annat ska träffa USA:s president Joe Biden.
Nato uttalade redan 2008 att Ukraina ska bli medlem i försvarsalliansen, men det sades inget om när. Nu vill Ukraina ha ett tydligare löfte med en tidsram.
– I dag beger jag mig hit med tro ... på ett Nato som inte tvekar, som inte slösar med tiden, sade Zelenskyj.
– Jag skulle vilja att denna tro förvandlades till förtroende – förtroende för de lösningar som vi förtjänar, fortsatte han.
