Ông Kim là con trai của cố lãnh tụ Bắc Hàn Kim Jong-il với bà vợ lẽ, diễn viên Bắc Hàn nổi tiếng Sun Hae-rim.
Quan hệ của ông Kim Jong-il với bà Sun là bí mật, và cậu con trai Jong-nam lớn lên xa bố ở một tòa biệt thự xa xôi. Nhiều người kể lại ông Kim Jong-il thường bù đắp cho cậu bằng cách mua cho cậu nhiều món quà đắt tiền và một phòng chơi đầy các đồ chơi nước ngoài mới nhất.
Khi lên 10 tuổi, cậu Jong-nam được gửi đi học Geneva, và sau đó là Moscow cùng mẹ và dì. Mẹ cậu qua đời ở Moscow năm 2002 sau một thời gian chống chọi với bệnh trầm cảm. Cậu ở với mẹ khá lâu trước khi bà mất.
Ông Kim Jong-nam được coi là người thông minh, và thông thạo nhiều ngoại ngữ cũng như máy tính. Khi trở về Bình Nhưỡng sau khi du học, ông giữ một số vị trí cao cấp trong chính quyền của cha, trong đó có một vị trí trong ủy ban phụ trách mật vụ.
Vị trí cao nhất mà ông từng nắm là người đứng đầu Trung tâm Máy tính Bắc Hàn ở cuối những năm 90. Ông Kim hiểu yêu cầu phải thích nghi và phát triển công nghệ thông tin mới nhất, chẳng hạn các phần mềm nhận dạng giọng nói. Trung tâm này làm việc với các hãng của Nam Hàn nhưng cũng được cho là có liên quan tới phát triển khả năng chiến tranh mạng (cyber warfare) của Bắc Hàn.
Sau đó, mặc dù vẫn còn quan tâm đến công nghệ và máy tính, ông Kim dường như không có mối liên hệ trực tiếp nào với trung tâm này từ khi ông bị cách chức năm 2001.