연세대학교 기계공학과를 졸업하고, 텍사스A&M대학교에서 기계공학 석사학위를, 브라운대학교 공과대학원에서 「박테리아를 이용한 미세유체역학 연구」로 박사학위를 받았다. 하버드대학교에서 단분자 생물물리학 박사후연구원을 거쳐 드렉셀대학교 공과대학 기계공학과·의공학과 및 의과대학 외과에서 조교수, 부교수, 정교수를 역임했다. 2012년 독일 막스플랑크 광연구소 훔볼트 펠로십, 2013년과 2015년 한국과학기술연구원 생체공학연구센터 브레인풀 펠로십으로 연구했다. 2016년부터 현재까지 서던메소디스트대학교 기계공학과 석좌교수로 재직 중이다.
2008년 미국 국립과학재단 젊은연구자상, 2009년 휴먼프론티어사이언스프로그램 젊은연구자상, 2010년 미국육군연구소 젊은연구자상을 수상했다. 2013년 국제생체공학회 생체공학 최우수공헌상, 2016년 재미한인과학기술자협회·한국과학기술단체총연합회 올해의 공학자상과 유네스코-넷엑스플로 10대 혁신기술상을 받았다. 미국기계학회(ASME), 미국의생명공학원(AIMBE), 왕립화학회(RSC), 국제바이오닉공학회(ISBE),
국제바이오닉과학아카데미(IABS) 석학 회원이며 전기전자공학자협회(IEEE), 미국국립발명학술원(NAI) 시니어 멤버다. 지은 책으로 『김민준의 이너스페이스』가 있다.