함경남도 흥원 출생. 1935년 3월 『신인문학(新人文學)』에 소설 「완구(玩具)」를, 같은해 11월 『학등(學燈)』에 시 「나지막한 하늘 저 너머엔 오래 그리던 임이 돌아와」를 발표하였고, 12월에는 유진오(兪鎭午)의 추천으로 소설 「유랑민(流浪民)」을 『삼천리』에 발표하였다.
한편 『조선중앙일보』를 통하여 평론 활동도 하였는데, 전후에는 주로 시창작에 전념했다. 최명익(崔明翊)·김우철(金友哲) 등과 함께 ‘재북파’라 불리는 김북원은 광복 후 함경북도인민위원회 문화과장을 지냈고 『문화전선』·『아동문학』의 창간에도 관여하였다.
6·25전쟁 중에는 『전선문고』 책임자를 지냈으며 수원·대전·추풍령·낙동강 등지로 직접 종군하기도 하였다. 전후에는 작가동맹 시분과위원장과 함경남도지부장, 문예총 강원도위원장을 역임하였다. 또한 월간 『조선문학』을 복간하여 일하기도 하였다.
시집으로 『조국』(1946)·『운로봉』(1951)·『대지의 아침』(1956) 등이 있다. 주요 작품으로는 「6월 14일」(1947)·「용광로 앞에서」(1950)·「락동강」(1950)·「남해가 앞에 있다」(1950)·「다수확 농민」(1953) 등의 시와, 가사 「우리의 최고 사령관」(1950)이 있는데, 그의 시는 김일성(金日城) 수령에 대한 흠모와 찬양, 그리고 인민의 충성심과 혁명의식을 고취하는 내용으로 일관되어 있다.