원래 연극 극단에 있었던 몸이라 기본기가 탄탄하여, 이때부터 이미 연기력은 검증된 셈. 2009년 SBS 11기 공채 탤런트에 늦깎이로 합격하기도 했다.

다양한 작품에 출연했지만 그를 대표할수 있는 작품을 꼽자면 역시 《아저씨》. 그는 이 영화에서 일말의 인간성조차 없는 사이코 범죄조직 수장 종석 역을 맡아 형 만석 역을 맡은 김희원과 환상의 호흡을 보여주며 관객들로부터 정말 미친놈인 줄 알았다는 평가가 나올 정도로 소름끼치는 악역을 완벽하게 소화하며 대호평을 받았다. 이후 대중들이 김성오가 선역으로 나오면 어색하다고 한다

그 덕분인지 인기 드라마 《자이언트》에서도 악당 사채업자 ‘차부철’ 역을 맡았다. 하지만 《아저씨》에서의 종석에 비해 차부철은 중간 보스 느낌이었고 《자이언트》에는 이미 조필연이라는 넘사벽급 포스를 지닌 악당이 있어서 크게 돋보이지는 못했다.

어쨌든 이 두 배역을 제대로 소화해내면서 조금씩 팬들이 생기기 시작하더니 결국 인기 드라마 《시크릿 가든》에서 제대로 터뜨려줬다.

《시크릿 가든》에서는 앞서 말한 두 배역과 달리 약방의 감초와 같은 개그 캐릭터 ‘김비서’ 역할을 맡으면서 이미지 변신을 꾀했다.쿨하고 시크한 현빈의 곁에 있으면서도 그와 대조적으로 갖은 애교와 개그를 작렬시키는 김성오의 모습은 《아저씨》나 《자이언트》만으로 그를 접한 사람들에게는 가히 충격적이다.

사실 이전까지만 해도 김성오가 사이코 악당으로 이미지를 굳혀서 그런 역할만 맡게 되는 게 아닌지, 혹은 다른 연기도 잘 해낼 수 있는지에 대한 이야기가 많이 나왔는데, 김 비서 연기를 하며 그 걱정과 의혹을 말끔히 날려버렸다.

김비서의 인기 덕분에 각종 매체에서 인터뷰를 하는 모습도 자주 보이고 현빈과 함께 톱스타의 지표인 TV CF까지 찍는 쾌거를 이룬다. 그것도 삼성 스마트 TV.

이후 이미지 변신에 성공하는가 했지만…

드라마 《싸인》에서 진국 사이코패스 연기를 선보이며 물오른 연기력을 선보였다. 이제 이런 쪽 연기에는 아주 도가 트신건지 소름끼치는 사이코패스 연기가 아주 볼만하다. 사실 SBS 입사 전에 케이블 채널에서 찍은 드라마인 《별순검 시즌 1》에서 성범죄 전과자로 나와 돋는 연기를 선보인 적도 있었다.

이래저래 주가가 오른 덕분에 이번에는 드라마 《마이더스》에 ‘김도철’ 역으로 캐스팅 되었다.

2011년 10월 방송 예정인 KBS 2TV 수목드라마 ‘영광의 재인’에 바른생활 사나이 프로야구 기록원 주대성 역으로 캐스팅되었다.

샐러리맨 초한지에 출연하면서 다시 SBS로 돌아왔는데 이번엔 검사다. 천하그룹 분식회계로 최항우를 취조하는데, 배우들을 생각하면 싸인에서의 관계가 역전됐다.

2012년에는 영화 <나의 PS 파트너>, <반창꼬>, <타워>에서 조연으로 출연했다. 주인공의 절친으로 나왔으며, 간만에 정상적인 캐릭터로 나왔다고 할 수 있다. 참고로 연말 로맨스 영화로 흥행도 성공했다. 덤으로 우연치않게 크리스마스날에 3영화가 동시상영했다.

2017년 드라마 <쌈, 마이웨이>에서 박서준의 사부로 출연했다. 물론 착한 역할이다.

2018년에는 영화 <성난황소>에서 다시 한 번 악역으로 열연하였다. 캐릭터 행적으로 보면 전작 아저씨의 종석이 오버랩 되는 걸 제외하면 연기력은 두말할 것도 없이 호평.