После революции возглавил студию Свободных художественных мастерских (1918). Тогда же создал эскизы декораций к пьесе В. В. Маяковского «Мистерия-буфф». В 1919 на выставке «Беспредметное творчество и супрематизм» в Москве представил 16 супрематических работ. Завершил теоретическую работу «О новых системах в искусстве». В 1919 приехал в Витебск, организовал мастерскую «Устроители нового искусства» (УНОВИС), прочел курс лекций в Витебском художественно-практическом институте.

В конце 1910-х увлекся фарфором. Создавал эскизы моделей и росписей для Государственного фарфорового завода в Петрограде.

В 1922 работал над книгой «Супрематизм. Мир как беспредметность». Принял участие в Первой русской художественной выставке в Берлине (1922). В 1924 участвовал в XIV биеннале в Венеции.

С 1923 по 1926 возглавлял Гинхук в Петрограде. В рамках экспериментальной работы института проводил аналитические исследования. Приступил к изготовлению объемных супрематических построений — «архитектонов», служивших, по мысли автора, моделями новой архитектуры. После упразднения Гинхука был переведен в Государственный институт истории искусства. В 1927 отправился в Варшаву и Берлин с выставкой, после завершения которой оставил работы в Берлине. Посетил Баухауз в Дессау, где познакомился с В. Гропиусом и Л. Мохой-Нади.

По возвращении в Ленинград был арестован, три недели провел в заключении. После освобождения продолжил теоретические исследования, читал лекции в «Доме искусств». В 1930 был снова арестован, но вскоре освобожден. В 1931 создал эскизы росписей Красного театра в Ленинграде. В 1932 получил экспериментальную лабораторию в Русском музее. В том же году экспонировал свои произведения на выставке «Художники РСФСР за 15 лет» в Русском музее в Ленинграде. В 1935 принял участие в «Первой выставке ленинградских художников», показав пять портретов 1933 и 1934.

Похоронен в Немчиновке под Москвой. На могиле Малевича Н. М. Суетиным был установлен памятник в виде куба.

Мемориальные ретроспективы работ Малевича неоднократно организовывались в России и за рубежом. Наиболее значительные выставки, посвященные его творчеству, прошли в 1988–1989 в Москве (ГТГ), Ленинграде (ГРМ), Амстердаме (Музей Стеделийк), в 2000 — в Русском музее в Санкт-Петербурге, в 2003 — в Музее Гуггенхайма в Нью-Йорке и Берлине.

Малевич — крупнейший художник начала ХХ столетия, один из ведущих представителей русского авангарда. Не получив какого-либо систематического образования, Малевич менее чем за десять лет прошел путь от передвижнического реализма через импрессионизм, фовизм, футуризм к абстрактному искусству супрематизма. Это движение шло параллельно с развитием теоретических исследований. Супрематизм художник рассматривал как проявление высшей формы творческой воли. Своим искусством он хотел выйти на «космический» язык, утвердить «мировой порядок», «законы всеобщего устройства вселенной». Позднее творчество художника тяготело к реалистической школе.

Произведения Малевича представлены в коллекциях многих отечественных и зарубежных музеев, среди которых Государственный Русский музей в Санкт-Петербурге, Государственная Третьяковская галерея и ГМИИ им. А. С. Пушкина в Москве, Музей Стеделийк в Амстердаме, который наряду с Русским музеем располагает самой значительной коллекцией работ мастера.

Работы Малевича, наряду с произведениями В. В. Кандинского, относятся к числу наиболее ценимых образцов русской живописи на современном антикварном рынке.