Kim Sung-soo naît le 15 novembre 1961 à Séoul, en Corée du Sud, où il grandit et fait ses études. Il développe son court métrage Screaming City, récompensé du prix spécial du jury au Festival du film indépendant de Séoul, en un premier long métrage intitulé Runaway, sorti en 1995 et marquant ses débuts de réalisateur dans le cinéma coréen. L'année suivante, il connaît un immense succès populaire avec Beat en 1997, film culte qui propulse Jung Woo-sung et Ko So-young au rang de stars, suivi de City of the Rising Sun en 1998, qui associe Jung Woo-sung à Lee Jung-jae dans un récit d'amitié intense. Il poursuit avec le film de sabre Musa, coproduction ambitieuse au budget considérable qui déçoit toutefois au box-office en 2001, avant de se consacrer près de dix ans à la production. Il fait un retour marquant à la réalisation en 2013 avec Flu, thriller catastrophe sur une épidémie virale qui rassemble plus de trois millions de spectateurs, puis avec Asura : la cité des ténèbres en 2016, film noir consacré à la corruption municipale. En 2023, il livre son plus grand succès critique et commercial avec 12.12 : The Day, thriller politique retraçant le coup d'État militaire sud-coréen du 12 décembre 1979, sélectionné comme candidat officiel de la Corée du Sud à l'Oscar du meilleur film international.
Son ancrage dans le cinéma de genre coréen des années 1990, période de renouveau créatif pour l'industrie cinématographique du pays, façonne durablement son goût pour des récits mêlant action stylisée et intensité dramatique. Sa fidélité à l'acteur Jung Woo-sung, véritable alter ego artistique depuis Beat, nourrit une grande partie de ses films les plus personnels. Son intérêt pour les grands événements de l'histoire contemporaine sud-coréenne, notamment le coup d'État militaire de 1979, témoigne d'une ambition de conjuguer efficacité populaire et portée historique.
Kim Sung-soo privilégie un cinéma d'action stylisé et intense, capable d'embrasser plusieurs genres avec la même exigence formelle, du thriller psychologique au film catastrophe en passant par le film historique et politique. Sa mise en scène soigne particulièrement la tension dramatique et l'ambiance visuelle, qu'il s'agisse de la jeunesse désabusée de Beat ou de la reconstitution nerveuse du coup d'État de 12.12 : The Day. Cette capacité à se réinventer d'un film à l'autre, tout en conservant une forte identité visuelle, fait de lui l'un des cinéastes coréens les plus respectés de sa génération.
12.12 : The Day connaît un immense succès critique et commercial en Corée du Sud et est sélectionné comme candidat officiel du pays à l'Oscar du meilleur film international en 2024. Le film reçoit également de nombreux prix lors des cérémonies coréennes du cinéma, saluant sa reconstitution historique et sa mise en scène.
Jung Woo-sung demeure son acteur le plus fidèle, présent dans Beat, City of the Rising Sun et Asura, formant avec lui l'une des associations les plus marquantes du cinéma coréen contemporain. Il retrouve également l'acteur Lee Jung-jae sur plusieurs projets, notamment City of the Rising Sun et 12.12 : The Day.
La jeunesse désabusée et l'amitié virile confrontées à la violence et à la marginalité sociale structurent une grande partie de ses premiers films, en particulier Beat et City of the Rising Sun. La corruption institutionnelle et les grands bouleversements de l'histoire politique sud-coréenne, explorés dans Asura et 12.12 : The Day, traversent également une part importante de son œuvre la plus récente.