서울대학교 물리학과를 졸업하고 미국 텍사스 휴스턴 대학교에서 물리학 박사학위를 받았다. 이후 텍사스 초전도체센터 연구원과 삼성종합기술원 계산과학팀장, KAIST 물리학과 부교수, 학술진흥재단 양자정보과학 순수기초과학연구그룹 연구책임자, 과학기술부/정보통신부 차세대시큐리티사업-양자암호기술 연구책임자를 거쳐 현재 KAIST 부설 고등과학원의 부원장이자 계산과학부 교수로 재직 중이다. 학술진흥재단의 ‘양자정보 과학’ 연구를 비롯해 정보통신부·과학기술부의 ‘양자암호 기술’ 연구의 책임자였던 김재완 교수는 양자 컴퓨터와 양자정보 분야의 손꼽히는 전문가이다.