Родился в 1956 году в Тбилиси, окончил Тбилисский государственный университет в 1977 году, во время и после окончания в 1980 году аспирантуры МГУ им. М. В. Ломоносова занимался научно-исследовательской работой в области биотехнологии в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР им. Г.К. Скрябина (Пущино, Московская область).
С конца 1980-х по середину 2004 года занимался предпринимательской деятельностью в России, был генеральным директором машиностроительной корпорации «Уралмаш», затем по приглашению президента Грузии Михаила Саакашвили занял пост министра экономического развития в грузинском правительстве. В дальнейшем занимал различные должности в правительстве, а 7 февраля 2009 года оставил работу в правительстве.
К. А. Бендукидзе являлся профессором кафедры институциональной экономики Высшей школы экономики (ГУ-ВШЭ, Москва).
В 1990 году начал предпринимательскую деятельность, с 1993 года занимался консолидацией и реструктуризацией промышленных предприятий. В 1996 году создал Объединённые машиностроительные заводы (ОМЗ), которые в настоящее время являются ключевой компанией в своей отрасли. В 2000 году назначен генеральным директором одного из предприятий, входящих в ОМЗ ОАО "Уралмаш".
Совокупный объем продаж ОМЗ и ряда компаний, выделенных из его состава, в 2004 году превысили 1 млрд долларов. Акции компании торгуются на Лондонской фондовой бирже. К. А. Бендукидзе со времени создания ОМЗ до 2004 года являлся её Председателем Совета директоров и генеральным директором. В начале 2004 г. сложил полномочия по управлению компанией и ушёл от активной бизнес деятельности.
До середины 2004 года он был вице-президентом Российского союза промышленников и предпринимателей и возглавлял Комитет по налоговой и бюджетной политике РСПП.
В июне 2004 года К. А. Бендукидзе получил грузинское гражданство и стал членом правительства Грузии.
Был министром экономического развития (июнь — декабрь 2004 года), государственным министром по координации реформ Грузии (занимаясь реформой экономики и реформой государственной службы с декабря 2004 по январь 2008 года), главой канцелярии правительства (январь 2008 — февраль 2009).
7 февраля 2009 года ушёл в отставку после назначения новым главой грузинского правительства Николоза Гилаури.
К. А. Бендукидзе придерживается либертарианских экономических и политических взглядов.