生于慶尚北道榮州。先后畢業(yè)于日本早稻田大學(xué)、延禧大學(xué)、美軍政廳軍事英語(yǔ)學(xué)校、韓國(guó)陸軍士官學(xué)校。歷任炮兵團(tuán)副團(tuán)長(zhǎng)、炮兵學(xué)校校長(zhǎng)、炮兵司令部司令、師長(zhǎng)。1957年晉升少將，同年入美國(guó)陸軍指揮參謀學(xué)院。1960年任陸軍大學(xué)校長(zhǎng)、第三軍管區(qū)司令。后任第五軍軍

長(zhǎng)。1965年任第一集團(tuán)軍司令，并任陸軍參謀次長(zhǎng)。1966年任陸軍參謀總長(zhǎng)，晉升上將。1969年轉(zhuǎn)入預(yù)備役，就任第五任韓國(guó)中央情報(bào)部部長(zhǎng)（現(xiàn)韓國(guó)情報(bào)院）。1971年擔(dān)任韓國(guó)駐臺(tái)灣大使。1978年任樸正熙總統(tǒng)的秘書(shū)室長(zhǎng)。1979年10月26日時(shí)任中央情報(bào)部部長(zhǎng)金載圭在宮井洞宴會(huì)中刺殺樸正熙時(shí)，金桂元也在現(xiàn)場(chǎng)并目睹了事情發(fā)生全過(guò)程。全斗煥政變上臺(tái)后認(rèn)定他是金載圭的同謀，將他和金載圭一同進(jìn)行審判。但最終由于證據(jù)不足只判處他無(wú)期徒刑。1982年獲釋。1988年正式恢復(fù)名譽(yù)及軍銜。

金桂元為人平和、對(duì)樸正熙非常忠順。樸正熙正是看中了他這一點(diǎn)才不斷提拔他并最終任命他做自己的重要助手——總統(tǒng)秘書(shū)室長(zhǎng)，即自己的首席秘書(shū)。但是事實(shí)證明金桂元能力平平、也沒(méi)什么膽識(shí)，他的前任秘書(shū)室長(zhǎng)金正濂是經(jīng)濟(jì)專家，而金桂元卻對(duì)政治經(jīng)濟(jì)并不擅長(zhǎng)，只是老老實(shí)實(shí)執(zhí)行樸正熙的命令。樸正熙在世時(shí)他就對(duì)車(chē)智澈的專權(quán)行徑一味容忍退讓，使得理應(yīng)成為總統(tǒng)處理政務(wù)重要部門(mén)的總統(tǒng)秘書(shū)室還不如車(chē)智澈的警衛(wèi)室權(quán)勢(shì)大。金載圭刺殺樸正熙和車(chē)智澈后，金桂元手足無(wú)措，只是盲目按照金載圭的要求行事。稍微冷靜后也只是把事情真相通知代總統(tǒng)崔圭夏和參謀總長(zhǎng)鄭升和，把控制時(shí)局這個(gè)燙手山芋扔給他們來(lái)處理。結(jié)果鄭崔也是首施兩端，最后這一大幫人全部落入全斗煥手里，被關(guān)押、軟禁或是被迫退出政壇，在政治生命的黃金時(shí)間失去了對(duì)時(shí)局的主導(dǎo)�！　〗鸸鹪�和金載圭私交很好，兩人在韓國(guó)陸軍士官學(xué)校時(shí)是同期同學(xué)。金載圭年輕時(shí)有一次和金桂元一起開(kāi)車(chē)出行，由于金載圭酒后駕車(chē)出了事故，金載圭自己受了重傷，幸虧受了輕傷的金桂元把他從車(chē)?yán)锞瘸鰜?lái)才保住了一條性命。金桂元退役時(shí)樸正熙讓他當(dāng)中央情報(bào)部長(zhǎng)，沒(méi)當(dāng)兩年就遭到議員們的反對(duì)，只好又把他派到臺(tái)灣任大使（等于閑置）。這個(gè)職位一當(dāng)就是7年，最后還是金載圭在樸正熙面前進(jìn)言才使他有機(jī)會(huì)調(diào)回國(guó)，而且直接就做到了總統(tǒng)秘書(shū)室長(zhǎng)的位子。因此當(dāng)金載圭事先透露自己要干掉車(chē)智澈的想法時(shí)，金桂元并沒(méi)有任何反對(duì)并默認(rèn)了金載圭的行動(dòng)。

樸正熙遇刺后第一時(shí)間，金桂元將樸正熙的遺體送到醫(yī)院停放并通知了國(guó)務(wù)總理崔圭夏及主要內(nèi)閣成員。然后受崔圭夏之托，由他向樸正熙之女樸槿惠告知了樸正熙遇刺的噩耗。

金桂元于1988年恢復(fù)了預(yù)備役上將的軍銜，但是韓國(guó)軍方以申請(qǐng)退休金時(shí)限已過(guò)為由取消了他的養(yǎng)老金。他晚年生活據(jù)說(shuō)一直比較清苦。