Перші експерименти з анімацією почав проводити ще Дзиґа Вертов. У 1924 році він створив сатиричний анімаційний фільм «Радянські іграшки». Його сподвижником у цьому жанрі був київський художник Олександр Бушкін, працівник московського Госкіно, що створював мультиплікаційні вставки до фільмів і — як ми назвали б це сьогодні — рекламні ролики.
Познайомившись із Вертовим, Бушкін активізувався як художник-мультиплікатор і створив близько десятка гостросоціальних сатиричних мультфільмів — наприклад, анімацію «Дурман Дем’яна» (1925), що висміювала проблему алкоголізму в радянському суспільстві. Він також випустив пригодницький мультфільм у стилі вестерн «Таємничий перстень, або Фатальна таємниця» (1924) — із погонями на конях, стрибками зі скель та іншими типовими атрибутами жанру.
Першим українським дитячим мультфільмом вважають «Казку про солом’яного бичка» (1927) — його зняв на Одеській кінофабриці киянин В’ячеслав Левандовський за адаптованим із народної казки твором Олександра Олеся. Цей мультфільм не зберігся — вціліло лише кілька кадрів; проте кінознавець Олександр Шимон відгукувався про нього дуже тепло: «Нам довелося бачити кілька мультиплікаційних персонажів. Маленькі паперові фігурки тварин, що складаються з шарнірно з’єднаних частин, вони і тепер дивують своєю виразністю і філігранністю технічного виконання, чудово відтворюють ілюзію руху».
Того ж 1927-го Левандовський створив мультфільм «Українізація» на тему проголошеної більшовиками політики підтримки національних мов та культур. Цій стрічці не пощастило: вона вийшла, коли українізацію вже почали згортати, тож мультфільм поклали на полицю, а автора запідозрили в політичній неблагонадійності. Наступний мультфільм Левандовського, створена вже у Києві «Казка про білку-хазяєчку та Мишу-лиходієчку» (1928), зміцнив підозри — художника звинуватили в «куркульських» симпатіях.
1928 року Левандовський розпочав роботу над мультфільмом «Тук-тук і його приятель Жук» про пригоди хлопчика і його песика. Ця стрічка мала стати першим звуковим мультфільмом — однак через «буржуазно-націоналістичні» закиди художнику не вдалося його завершити. Він був змушений переключитися на виробництво науково-технічних фільмів, а роботу над «Тук-туком» закінчили вже у 1935 році його учні Євген Горбач і Семен Гуєцький — автори українського мультфільму «Мурзілка в Африці» (1934) — про піонерів, які рятують з рабства чорношкіру дівчинку.
Левандовський був справжнім ентузіастом своєї справи. Він власноруч сконструював кінокамеру, а також зробив два винаходи: метод «еклеру» (ротоскопіювання — створення мультфільмів методом окреслення натурних кадрів з акторами і декораціями) і «автоматичний олівець» — пристрій для контролю покадрового руху ляльки. Однак його винаходи не викликали великого інтересу в радянській Україні — позбавлений підтримки, Левандовський у 1936 році мусив переїхати до Москви, де працював аніматором і режисером лялькових мультфільмів.
У роки Другої світової війни виробництво українських мультфільмів фактично припинилося. Занепад тривав до 1950-х років, коли на студію Київнаукфільм прийшов мультиплікатор Іполит Лазарчук. Він розпочав відродження української анімації з мультфільму «Пригоди Перця» (1961) про боротьбу журналіста з браконьєрами.
1967 року Володимир Дахно створив мультфільм «Як козаки куліш варили», що став початком першого українського мультсеріалу про пригоди Тура, Грая й Ока. У 1976 році світ побачив іще один мультсеріал, народжений на Київнаукфільмі: «Пригоди капітана Врунгеля» — втім, на відміну від свого попередника, він був російськомовним.
У 1980-х роках на Київнаукфільмі з’явилися ще два культові українські мультфільми: «Капітошка» (1980) і «Як Петрик П’яточкін слоників рахував» (1984). 1988 року вийшов російськомовний «Острів скарбів» — і став лебединою піснею студії: вона не пережила розпаду Радянського союзу. Через недбальство чиновників мінкульту архіви Київнаукфільму знищили в 1990-х роках, тож більшість здобутків українських аніматорів була незворотно втрачена.