1942년 전북 군산에서 출생했다. ‘의신義信’은 ‘올바른 믿음을 갖고 살아야 한다’는 뜻으로 그의 아버지가 지어준 이름이다. 어릴 적부터 ‘군산의 수재’로 불리던 그는 서울대학교 의과대학(예방의학 전공)을 졸업한 후 군의관으로 베트남전에 참전했다.
1970년 도미해 존스홉킨스대와 피츠버그대, 미네소타대, 워싱턴대 등에서 수학했다. 1980년부터 엠디 앤더슨 암센터에서 종신교수로 일하면서 ‘미국 최고의 의사’에 11차례 선정됐다. 1994년 미국 핵의학회장을 지낸 김 박사는 ‘암의 방사면역 검출법’ 개척자이자 ‘양전자방출 단층촬영PET’의 대가이며, 350여 편의 관련 논문을 발표했다.
2012년 가을 엠디 앤더슨에서 퇴임한 후 현재 캘리포니아대학교에서 강의하고 있으며, 서울대학교 융합과학기술대학원 WCU 교수, 경희대학교 의학전문대학원 석학교수를 역임하고 있다. 의료 선진국인 미국에서 한국인 의사의 명예를 드높인 공적을 인정받아 2000년과 2005년에 정부로부터 국민훈장 동백장을 받은 바 있다. 일흔이 넘은 나이에도 한국과 미국을 오가며 후학 양성과 강연 등으로 왕성하게 활동하고 있다.