Ambos mandatarios inauguraron un monumento de bronce a Fidel Castro en la capital rusa, Moscú, y Putin elogió al revolucionario cubano como un hombre "brillante".
El jefe del Kremlin, que envió tropas a Ucrania en febrero, elogió la amistad que Moscú mantiene desde hace décadas con Cuba y dijo que los dos países deben intensificar su cooperación.
"Siempre nos hemos opuesto a varios tipos de restricciones, embargos, bloqueos", dijo Putin al líder cubano en el Kremlin, celebrando que La Habana respalde a Moscú en la arena internacional.
Díaz-Canel dijo por su parte que su visita a Moscú tenía un significado "profundo".
"En primer lugar, se produce porque ambos países -Rusia y Cuba- están sometidos a sanciones injustas y arbitrarias que continúan, y tienen un enemigo común, el imperio yanqui que manipula gran parte del mundo", dijo en el Kremlin.
Díaz-Canel respaldó a Rusia en su enfrentamiento con Occidente, diciendo que Moscú debe mantenerse firme.
Cuba lleva más de seis décadas bajo sanciones de Estados Unidos, mientras que Rusia está bajo una ola de sanciones occidentales sin precedentes después de que Putin lanzara una ofensiva en Ucrania el 24 de febrero.
Díaz-Canel espera que la visita a Rusia ayude a impulsar el difícil sector energético de su país en medio de prolongados apagones y escasez de combustible.