87년 동의대 극회에서 연출가로 데뷔한 그는 1988년 연극 [욕망이라는 이름의 전차]를 통해 배우로 데뷔한다.2004년, KBS 드라마시티 <아나그램>을 통해 처음 TV드라마에 출연했고, 다시 드라마<부활>에서 천사장 역으로 얼굴을 알리기 시작했다. 김윤석은 [지젤][지하철 1호석]등을 공연하면서 베테랑 연극배우로 성장한다. 김윤석은 <범죄의 재구성>, <시실리 2km>등의 영화에도 출연한 바 있으며, 2006년 흥행작 <타짜>의 악역안 아귀 연기로 찬사를 받았다. 이외에도 <추격자>, <전우치>, <황해>, <완득이> 등에 출연했다. 2007년에는 <추격자>를 통해 여러영화제를 휘쓸었고, 2012년에는 김혜수, 이정재, 전지현, 김수현, 김해숙과 함께 영화<도둑들>에 출연하여 '마카오 박'역을 연기하였고 2013년 현재는 아역 여진구와 호흡을 맞춘 <화이>가 상연되고 있는 중이다.