중앙대학교 연극영화과 출신으로, 1996년 KBS 18기 슈퍼 탤런트로 데뷔했고 드라마 첫사랑에서 배용준의 대학 동기 역할로 나오면서 조금씩 얼굴을 알리기 시작했다.

드라마보다는 영화에서의 활약이 많은 편이다. 영화 데뷔작은 1997년의 접속이었지만 한석규, 전도연, 추상미가 크게 뜬것과는 달리, 배역이 영화 속 전도연에게 큰 상처만 주는 찌질한 역할이라 개봉당시 여성관객들에게 욕을 많이 먹었다. 1998년 드라마 '거짓말'로 KBS 연기대상 남자 신인상을 수상하였다. 동생인 김태훈 역시 배우이며 대표작의 배역은 나쁜 녀석들의 오재원이다.

인텔리 역할을 많이 하는데, 실제 학창 시절에도 그 외모, 이미지대로 공부를 성실히 하고 성적도 좋은 모범생 쪽에 속하는 학생이었다고 한다. 출신학교를 보면 알다시피 서초구 출신의 강남키드로 실제로 부모가 인텔리로 키우는 걸 당연시 여겼다고 한다. 그래서 연극 전공을 해서 배우가 되겠다고 결심한 뒤에 부모님이 크게 당황했다고 한다. 결국 그의 적극적 호소에 아버지가 허락하기는 했다고 하는데, 재미있는 점은 연극과에 가서 배우가 되라는 뜻으로 허락한 게 아니라는 점이다.

아버지가 "그래. 니가 정 하고 싶으면 연극영화과 가서 열심히 해라. 애비가 주변에 물어보니 그쪽 전공으로도 공부 열심히 해서 교수하는 사람 좀 있다더라."라고 했다. 결국 배우가 되는게 아니라 연극전공으로 교수가 되라는 뜻으로 허락한 것이라고 한다. 김태우도 처음 허락하셨을 때는 그래도 다행이라고 생각했다가 교수가 되라는 이야기를 듣고 당황했다고 한다.

그래서 보통 부모들처럼 연기쪽 대학갈 때까지만 반대하다가 대학 간 이후 응원하는 쪽이 아니라, 배우 생활을 본격적으로 시작할 때도 "왜 공부쪽으로 안 가느냐"며 반대를 했다고 한다. 그러나 이후에 톱스타는 아니어도 의외로 스타의 영역까지 어렵지 않게 빨리 간 것을 보고 부모님이 꽤 놀랐고, 형을 따라 배우의 길을 같이 가게 된 동생한테도 '형 본받아라'라고 할 정도가 되어 김태우 본인은 상당히 뿌듯했다고 한다. 물론 동생은 그런 환경에 힘든 부분이 있어, 최대한 신경을 안 쓰려고 했다고 한다.

흥행으로는 뒤지지만 그래도 어느 정도 팬을 보유하고 있으며, 홍상수 감독의 영화에 지속적으로 출연한다. 흥미로운 점은 2000년대 고현정 상대역 전문 배우라는 것이다. 해변의 여인, 잘 알지도 못하면서, 대물에서 상대역으로 출연하였다. 대물을 제외하곤 모두 홍상수 감독의 영화라는 점도 특징이다.