치과의사 정치인이다. 4선 의원 출신으로 국민의당 최고위원을 역임했다. 과거 친안으로 분류되는 정치인이었으나, 미래통합당에 합류하며 결별했다. 현재는 국민의힘 소속이다.
1955년, 충청북도 청주시에서 음식점 주방장의 5남매 중 장남으로 태어났다. 5살까지 청주에 살다가 괴산군 청천면으로 이주하였다.
청주고등학교를 졸업하고 연세대학교 치과대학에 73학번 으로 입학했으나, 노동운동에 뛰어드는 바람에 총 2번의 제적을 당하고 긴급조치 제9호 위반 등으로 복역하는 등 고초를 겪었다.
그 사이에 각종 자격증을 취득하여 전기기술자로 일하면서 시인으로 활동하였는데, 발간한 시집이 베스트셀러에 오르기도 하였다. 1988년, 연세대학교 치과대학을 졸업하고 치과의사로 개업하였다.
1996년 제15대 2000년 16대 국회의원 선거에서 새정치국민회의 후보로 지역구 경기도 안산시 갑 선거구에 출마하여 당선되었다.
2001년부터 2002년까지 과학기술부(현 과학기술정보통신부) 장관을 역임하였다.
2010년도 재산신고를 -8.2억으로 해서 보유재산 국회 최하위 기록을 세우기도 했다.
2016년 1월 더불어민주당을 탈당하고, 국민의당에 합류하여 인재영입위원장을 맡았다.
2021년 4월 5일에는 아내와 함께 민주화유공자 자격을 반납하였다.
2021년 7월 16일 야권 대선 후보로 손꼽히고 있는 윤석열 전 검찰총장의 대선 캠프에 합류했다.
2022년 지방선거에 경기도지사 출마 선언을 했으나, 3월 31일 자신의 SNS를 통해 충북지사 출마를 공식 선언하였다.
국민의힘은 김 전 의원과 오제세 전 의원, 박경국 전 안전행정부 차관 3명을 경선 후보로 선정했다. 충북지사 후보 경선은 이달 19∼20일 치러진다.
김영환 집안 YG엔터테인먼트의 양현석 대표(서태지와 아이들)가 처사촌동생, 즉 손아래 사촌 처남라고 한다. 아내의 이종사촌이다.
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