영화감독 데뷔작 <지구를 지켜라>(2003)가 비평가들의 찬사를 받으며 각종 영화제에서 수상했지만 흥행에 참패했다. 하지만 이 영화는 오랫동안 마니아들의 사랑을 받고 있다. 한동안 새 영화를 찍지 못하다 2013년 두 번째 장편영화 <화이 : 괴물을 삼킨 아이>로 돌아왔다. 이어 2017년에는 1987년 6월항쟁의 역사를 정면으로 다룬 영화 <1987>이 흥행에 성공하고 높은 평가를 받았다.
1988년 연극 <욕망이라는 이름의 전차>로 데뷔 이후, 수많은 작품에서 활약하며 대체할 수 없는 배우로 자리매김했다.
(대표작: <타짜><추격자><검은 사제들><1987><미성년><모가디슈> 등)
현재 영화 <노량: 죽음의 바다><바이러스> 드라마 <아무도 없는 숲속에서> 공개를 앞두고 있다.
<미성년>은 김윤석의 첫 영화 연출작이다.