Vào ngày 30 tháng 10 năm 2017, Kim có liên quan trong một tai nạn xe hơi nghiêm trọng, được báo cáo là đã diễn ra vào khoảng 16 giờ 30 phút (giờ Hàn Quốc) tại phường Samseong, quận Gangnam, Seoul. Xe của anh bị lật và anh đã được đưa đến Bệnh viện Đại học Konkuk. Theo như cảnh sát và Trung tâm Y tế Đại học Konkuk, "có vẻ như tai nạn xảy ra sau khi anh đã có các triệu chứng của một cơn nhồi máu cơ tim". Tuy nhiên, tuyên bố sau đó của cảnh sát cho rằng nam diễn viên không có dấu hiệu bị trụy tim. Anh được thông báo là đã qua đời hai giờ sau khi đến bệnh viện do một chấn thương chí mạng ở đầu,[11][12][13][14] chỉ ba ngày sau khi nhận giải "Nam diễn viên phụ xuất sắc nhất", giải thưởng điện ảnh chính đầu tiên trong sự nghiệp của anh.[15][16][17]