성우 겸 배우 출신의 국회의원인 김을동의 아들이다. 즉 전 국회의원 김두한의 외손자이자 독립운동가 김좌진의 외증손자이다. 외모가 외증조할아버지인 김좌진과 상당히 닮았으며 키도 같다.

미국에서 어학연수 중 1997년 외환 위기로 귀국했을 때 1997년 KBS 드라마 용의 눈물 촬영장에서 만난 유동근으로부터 '내가 네 조건이면 배우하겠다.'라는 말을 들었다고 한다. 이후 1998년 MBC 탤런트 공채 27기로 데뷔했다. 잠시 장준하라는 예명을 썼다가 KBS 드라마 거침 없는 사랑 때부터 본명으로 활동했다.

원래 20대 중반까지는 100kg가 넘었지만 드라마 배우 권유를 받고나서부터 다이어트를 시작해 지금은 70kg 중반대를 유지하고 있다. 관련 기사 보기. 당시 물만 먹어도 살찌는 체질이었는데 몇 년간 채식주의자로 살며 감량했다 한다.

2003년에 장희빈에서 김춘택역을 맡는 등 주로 조연급에서 활동했었다. 그러다가 인생의 전환점이 되는 작품을 만나는데 그 작품이 바로 애정의 조건. 막장드라마 작가로 알려진 문영남의 작품으로 이 당시만해도 막장드라마 작가로는 여겨지지 않았던 터라 방영초부터 기대가 컸다. 사실 이 작품의 경우, 처음 홍보할 때만 해도 남자주연은 진정한 역의 이종원, 노윤택 역의 지성, 여자주연은 강금파 역의 채시라, 강은파 역의 한가인이었다. 하지만 도중에 알 수 없는 이유로 인하여 남자주연인 지성의 비중이 갈수록 매우 줄어든 작품이었다. 결국 지성이 남자주연임에도 도중에 하차하게 되어버리자 그 덕에 중간에 새로운 남자주연이 투입되어야했는데 그게 바로 송일국이었다. 이 작품에서 송일국은 호남형의 남자친구에서 아내의 비밀에 분노한 남편, 그리고 이 모든 것을 용서하는 남자로 변하는 다양한 연기를 보여주어 굉장한 인기를 끌었다. 덕분에 후반기 남자 주연은 지성이 연기한 노윤택에서 송일국이 연기한 나장수로 완전하게 바뀌어 버리게 된다. 오죽하면 애정의 조건 마지막회 엔딩도 중간에 투입되었던 그가 장식하며 극을 마무리하는 영광을 누리게 된다. 결국 그 해 연기대상의 베스트커플상도 송일국-한가인이 수상하게 된다.

이를 발판으로 원래 불멸의 이순신에서 충무공 이순신역을 맡기로 되어 있었으나 최종결정 며칠 전에 갑자기 김명민으로 교체된 일이 있다. 당시 어머니 김을동의 국회의원 총선 출마로 문제가 될까봐 캐스팅 사실을 기사화하지 말아달라고 기자들에게 부탁했었는데 어느 일간지 기자가 기사화하는 바람에 그리 되었다고 하며 나중에 그 기자가 송일국에게 사과했다고 한다. 그리고 김명민은 이 드라마로 두각을 드러내기 시작한다.