Tại thị trường nội địa, Hồi ức kẻ sát nhân thu hút 5.101.645 lượt xem, trở thành phim quốc nội có doanh thu cao thứ nhì tại Hàn Quốc năm 2003, xếp sau Biệt đội ám sát.[8] Thành công về mặt doanh thu của phim được xem như cứu cánh, giúp cho công ty sản xuất Sidus Pictures thoát khỏi bờ vực phá sản.[9]

Với sự ủng hộ nồng nhiệt từ khán giả và giới phê bình, tại Giải thưởng Điện ảnh Đại Chung lần thứ 40, Hồi ức kẻ sát nhân giành giải phim hay nhất, còn Bong Joon-ho và Song Kang-ho lần lượt nhận giải "Đạo diễn xuất sắc nhất" và "Diễn viên chính xuất sắc nhất".[10] Tác phẩm cũng được đem trình chiếu và nhận được đánh giá rất cao tại nhiều Liên hoan phim quốc tế bao gồm các Liên hoan phim Cannes, Liên hoan phim quốc tế Hawaii, Liên hoan phim quốc tế London, Liên hoan phim quốc tế Tokyo và Liên hoan phim quốc tế San Sebastián, nơi Bong Joon-ho nhận giải "Đạo diễn mới xuất sắc nhất".[7][10][11] Theo một khảo sát với giới chuyên gia trên tờ Sports Dong-A, Hồi ức kẻ sát nhân dẫn đầu danh sách những phim hay nhất trong suốt 100 năm, từ năm 1919 đến năm 2019 của nền điện ảnh Hàn Quốc.[12]

Đạo diễn Quentin Tarantino xếp bộ phim này cùng Quái vật sông Hàn (2006) cũng của Bong Joon-ho vào danh sách 20 bộ phim yêu thích của ông kể từ năm 1992.[13]

Hồi ức kẻ sát nhân được hệ thống tổng hợp kết quả đánh giá Rotten Tomatoes chấm 90%, với mức điểm trung bình là 7,75/10 thông qua 42 lượt đánh giá. Các đánh giá trên trang đồng thuận rằng: "Hồi ức kẻ sát nhân pha trộn thể loại tội phạm quen thuộc với châm biếm xã hội và hài kịch, thể hiện rõ nỗi thất vọng toàn tập của các nhân vật chính."[14] Trên Metacritic, tác phẩm giành được điểm 82/100 thông qua 15 lượt phê bình, xếp vào dạng "universal aclaim" (thỏa mãn nhiều đối tượng người xem). Còn trang Imdb thì cho phim điểm 8,1, và cũng theo xếp hạng của cơ sở dữ liệu điện ảnh này Hồi ức kẻ sát nhân nằm trong top 50 phim giật gân hay nhất.[15]