Ким Чен Сук родилась в уезде Кайрэй (провинция Канкё-хокудо) в бедной крестьянской семье. В 1922 году семья была вынуждена покинуть Корею, и переехать в Китай. 10 июля 1932 года вступила в Коммунистический союз молодежи Кореи, руководимый Ким Ир Сеном.
25 апреля 1936 года Ким Чен Сук была переведена в часть Корейской Народной армии, находящуюся под непосредственным руководством Ким Ир Сена. Формально вступила в коммунистическую партию 25 января 1937 года.
В 1940 году состоялась свадьба Ким Чен Сук и Ким Ир Сена. 16 февраля 1941 года в деревне Вятское Хабаровского края (советские данные) или в районе Пэктусана (северокорейские данные) у них родился сын — Ким Чен Ир. Однако большую часть семья провела в Вятском. После поражения Японии семья вернулась в Корею.
Ким Чен Сук скончалась 22 сентября 1949 года в возрасте 32 лет во время родов, через год после провозглашения КНДР.
18 сентября 1972 ей посмертно было присвоено звание Героя КНДР.
В Северной Корее Ким Чен Сук представляется как «героиня антияпонской войны, выдающаяся политическая деятельница, как великий пример преданности вождю и великая мать революции».
Именем Ким Чен Сук названы уезд, педагогической институт, детские ясли, многие другие учреждения образования и здравоохранения КНДР.
С 1997 года в КНДР появились официальные «портреты трёх полководцев» — Великого Вождя, Любимого Руководителя и Матери (Ким Ир Сена, Ким Чен Ира и Ким Чен Сук, соответственно).