서울대학교 법과대학을 졸업하고 독일 뮌헨대학교 법과대학, 미국 하버드대학교 법과대학 대학원에서 법학을 연구하였다. 프랑스 스트라스부르대학교 인권연구과정 연수를 마치고, 서울대학교 대학원에서 법학박사 학위를 받았다. 일본 히토쯔바시대학 강사, 메이지대학 초빙교수, 베를린 훔볼트대학 방문교수를 역임하고, 헌법재판소 자문위원, 민주평화통일 자문위원, 대법원 사법행정제도 개선심의위원, 법무부 자문위원, 정부조직개편심의위원, 국회 헌법개정자문위원회 위원장, 한국공법학회 회장, 한국교육법학회 회장, 한국법학교수회 회장, 탐라대학교 총장, 국제헌법학회 세계학회 부회장, 국제법 및 사회철학회 세계학회 집행위원을 역임하였다. 현 서울대학교 명예교수이며, 한국헌법연구소 이사장, 대한민국학술원 회원이다.

저서로는 1963년 『헌법질서론』을 시작으로 1971년 『헌법학(상·하)』, 1973년 이후 『헌법학개론』, 『헌법학신론』 등의 교과서를 출판하였고, 『학설·판례 헌법학(상·하)』, 『현대헌법론』, 『위헌법률심사제도론』, 『법과 정치』, 『한국통일의 정치와 헌법』, 『기본적 인권의 본질과 체계』 등 수많은 저술을 하였으며 450편이 넘는 논문과 시론을 발표하였다. 저작 목록은 『금랑 김철수 선생 팔순기념 논문집. 헌법과 기본권의 현황과 과제』(2012)에 수록되어 있다.