현재 KAIST 전기및전자과 교수로 재직 중에 있다. 독일 막스-플랑크뇌과학연구소(Max-Planck-Institute for Brain Research )에서 뇌과학으로 박사학위를 받았으며, 미국 MIT에서 박사후과정을 밟았다. 이후 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구원으로 재직했으며, 미국 미네소타 대학교 조교수, 보스턴 대학교 부교수로 근무했다. 주로 뇌과학과 뇌공학, 사회 뇌과학, 인공지능 등의 분야를 연구하고 있다.

조선일보에 <김대식의 브레인 스토리>과 <과학의 창>, 조선비즈에 <김대식의 북 스토리>를 연재중에 있으며 중앙Sunday에 <김대식 교수의 브레인 스토리>를 연재하였다. 저서로 <이상한 나라의 뇌과학>, <김대식의 빅퀘스천>, <내 머릿속에선 무슨 일이 벌어지고 있을까> 등이 있으며, KBS 1TV의 <장영실쇼>에 진행에 참여하기도 하였다.