KAIST에서 물리학으로 학사, 석사, 박사 학위를 받았다. 포항 공과 대학교, KAIST, 독일 막스 플랑크 연구소 연구원, 서울 대학교 BK 조교수, 부산 대학교 물리 교육과 교수를 거쳐 현재 경희 대학교 물리학과 교수로 재직 중이다. 도쿄 대학교, 인스부르크 대학교 방문 교수를 역임했다. 주로 양자 과학, 정보 물리를 연구하며 60여 편의 SCI 논문을 게재했다. 저서로 『김상욱의 양자 공부』, 『떨림과 울림』, 『영화는 좋은데 과학은 싫다고?』, 『과학 수다』(공저)  등이 있다.