По состоянию на март 2011 года имеет более 20000 цитирований своих работ. Индекс Хирша — 38.
Константин Новосёлов родился 23 августа 1974 года в городе Нижний Тагил. Отец Сергей Викторович — инженер, мать Татьяна Глебовна — учитель английского языка. Есть сестра Елена.
Учился в школе № 39. Первый успех в учебе пришел уже в шестом классе — в 1986 году он занял первое место в областной олимпиаде по физике[неавторитетный источник? 192 дня], а на Всесоюзной олимпиаде школьников СССР вошел в десятку сильнейших. С 1988—1991 годах дополнительно обучался в Заочной физико-технической школе. В 1990 и 1991 годах участвовал во всесоюзных олимпиадах по физике и математике. В 1991 году после окончания школы поступил в Московский физико-технический институт.
В 1997 году окончил с отличием факультет физической и квантовой электроники МФТИ по специализации «наноэлектроника». После окончания института два года работал в Черноголовке в Институте проблем технологии микроэлектроники РАН (ИПТМ РАН), был аспирантом ИПТМ РАН (руководитель — Юрий Дубровский).
В 1999 году переехал в Нидерланды, где стал работать с Андреем Геймом в Университете Неймегена (). Вместе с ним в 2001 году перебрался в Манчестерский университет. В 2003 году Новосёлов защитил диссертацию на степень доктора философии под руководством профессора Ян-Кееса Маана.
Является профессором и членом Королевского научного общества Манчестерского университета.
Проживает в Манчестере, имеет двойное российско-британское гражданство. Супруга Ирина родом из Вологды, кандидат наук (защищала диссертацию в Санкт-Петербурге), микробиолог, познакомились в Нидерландах. В 2009 году родились дочери-двойняшки — Вика и Софья.
В интервью после присуждения Нобелевской премии Новосёлов так высказался о возможности работы в России:
Занимается исследованиями в области мезоскопической физики и нанотехнологий.
В 2004 году совместно со своим руководителем Андреем Геймом открыл новую аллотропную модификацию углерода — графен, который представляет собой одинарный слой атомов углерода.
В 2007—2008 годах получил ряд наград для молодых учёных, в частности, в 2007 европейскую премию Николаса Курти за работы в сфере исследования низких температур и магнитных полей.
В 2008 году Новосёлов и Гейм получили премию «Еврофизика» (англ. Europhysics Prize) за «открытие графена и выяснение его замечательных электронных свойств».
В 2010 году вместе со своим учителем Андреем Геймом был удостоен Нобелевской премии по физике за «передовые опыты с двумерным материалом — графеном». Лауреатам удалось «продемонстрировать, что монослойный углерод обладает исключительными свойствами, которые проистекают из удивительного мира квантовой физики», отметили в Нобелевском комитете. Новосёлов стал самым молодым нобелевским лауреатом по физике за последние 37 лет (с 1973 года) и единственным на 2010 год лауреатом во всех областях, родившимся позднее 1961 года.
За выдающийся вклад в нидерландскую науку 24 ноября 2010 года произведён в командоры ордена Нидерландского льва.
В 2010 году избран почётным членом Королевского Химического Общества.
В 2011 году избран почётным членом Института Физики.
19 мая 2011 года избран членом Лондонского королевского общества.
Опубликовал более 60 научных статей, включая 9 статей в журналах Nature и Science.