1932년 개성에서 태어나 경복고를 졸업하고 중앙대학교 신문방송대학원을 수료했다. 1945년 18세의 나이로 《연합신문》에 시사만화 <멍텅구리>를 연재하면서 신문만화가로 데뷔하여 1952년 육군정훈감실에서 화보를 편집했으며, 1955년 《동아일보》에 4컷 만화 <고바우 영감>을 연재하기 시작했다. 그밖에 <꺼꾸리군과 장다리군>, <도토리용사>, <소케트군> 등 많은 작품을 남겼다. 동아대상(1973), 소파상(1974), 서울언론인클럽 신문만화상(1988), 언론학회 언론상(1990), 한국만화문화상(1997), 보관문화훈장(2002) 등을 수상하였다. 저서로는 『꺼꾸리군 장다리군』, 『소케트군』(전5권), 『김성환 전집 고바우 영감』(전10권), 『고바우 현대사』(전4권), 수필집『고바우 방랑기』, 『고바우와 함께 산 반생』 등이 있다. 현재 한국시사만화가회 명예회장, (사)한국만화가협회 고문으로 있다.
그의 상징인 <고바우 영감>은 1950년 12월 《만화신보》에 첫선을 보인 이래 《동아일보》,《조선일보》를 거쳐 2000년 10월 《문화일보》에 연재를 마치기까지 총 1만 4,139회를 기록한 우리나라 최장수 시사만화로, 2001년에는 정통부에서 ‘고바우 50주년’ 기념우표를 발행하기도 했다.
그는 1998년 미국 첼시하우스 출판사가 발행한 『세계만화백과사전』에 한국만화가로 유일하게 등재되어 있으며, 2001년에는 그의 작가정신을 기리는 ‘고바우 만화상’이 제정되었다.