서울대학교 약학대학 약학과를 졸업하고 동 대학원에서 석사학위와 박사학위를 받았다. 현재 아주대학교 약학대학 교수이다. 국립보건원 박사후 연구원과 인하대 의과대학 연구교수를 지냈으며 피츠버그 의과대학, 하버드 의과대학에서 연구했다. 천연물 화학, 헴 생물학, 바이오 활성가스 생물학, 자기소화, 면역학과 관련된 여러 편의 논문을 썼다. 한국연구재단이 톰슨로이터 DB의 피인용 상위 10% 논문을 대상으로 분석한 조사에서 ‘2009~2014년 한국인 기초과학 상위 연구자’로 의학(4위), 약학(3위) 두 분야에 이름을 올렸다.
연구?관심분야는 기초 생물학과 진화생물학, 진화의학이다. 생물학의 영역에 ‘시간’, 특히 지질학적 시간이라는 매개 변수를 넣고 세상과 거기 곁들어 살아가는 크고 작은 생명체를 연구?공부하고 있다. 생물학을 화학, 지구과학, 물리학과 통합해 바라보려 한다. 작고 평범한 것에서 출발해 자연 혹은 생명의 법칙에 이르는 과학 공부와 글쓰기를 지향한다. 그런 마음에서 2017년부터 경향신문에 ‘김홍표의 과학 한 귀퉁이’ 칼럼을 연재하고 있다. 평범한 것들이 더 이상 평범하지 않아 보일 때까지 공부하고 싶은 바람이 있다.
지은 책으로 『작고 거대한 것들의 과학』, 『가장 먼저 증명한 것들의 과학』, 『김홍표의 크리스퍼 혁명』, 『먹고 사는 것의 생물학』, 『산소와 그 경쟁자들』이 있고, 옮긴 책으로 『진화하는 물』, 『내 안의 바다, 콩팥』, 『인간과 동물의 감정표현』 등이 있다.