Ο Κωνσταντίνος Γραμματόπουλος γεννήθηκε στην Αθήνα τον Σεπτέμβριο του 1916. Οι γονείς του είχαν μετοικήσει πριν λίγα χρόνια από την Κωνσταντινούπολη. Ο πατέρας του Παναγιώτης Γραμματόπουλος, καλλιτέχνης επιπλοποιός, καταγόταν από το Ρύσιο (Αρετσού), ελληνική παραλιακή κωμόπολη στην ανατολική πλευρά της Προποντίδας, 40 χλμ περίπου από την Κωνσταντινούπολη.
Το 1934 αποφοιτά από το Ζ’ Γυμνάσιο Παγκρατίου και εισάγεται στην Ανωτάτη Σχολή Καλών Τεχνών της Αθήνας, όπου σπούδασε ζωγραφική στο εργαστήριο του Ουμβέρτου Αργυρού, και χαρακτική στο εργαστήριο του Γιάννη Κεφαλληνού (1934-1940). Αποφοιτώντας του απονεμήθηκε η ανωτάτη διάκριση του «Χρυσοβεργείου Βραβείου».
Το 1940, φοιτητής ακόμη δημιουργεί μερικές από τις γνωστότερες πατριωτικές αφίσες, με θέμα τον Ελληνοϊταλικό πόλεμο. Είναι σε όλους γνωστές οι σχετικές αφίσες: «Οι Ηρωίδες του 1940» με τις Ελληνίδες στην Πίνδο, «Έλα να τα πάρης» με τον Έλληνα στρατιώτη με εφ’όπλου λόγχη, «Εμπρός της Ελλάδος παιδιά» κ.α. Επίσης φιλοτέχνησε διάφορα έντυπα και προπαγανδιστικό υλικό του αντιστασιακού αγώνα. Για αυτήν την δραστηριότητά του συνελήφθη και βασανίστηκε επί γερμανικής κατοχής.
Το 1944 ξεκίνησε η επαγγελματική του δραστηριότητα με την δημιουργία σειράς προσωπογραφιών πολλών μεγάλων Ελλήνων λογοτεχνών για το περιοδικό Νέα Εστία (πασίγνωστα είναι τα πορτραίτα του Κωστή Παλαμά, του Άγγελου Τερζάκη, του Ηλία Βενέζη, του Μιλτιάδη Μαλακάση, του Άγγελου Σικελιανού, κ.α.) και με την εικονογράφηση πολλών λογοτεχνικών και εκπαιδευτικών βιβλίων. Μέχρι το 1954 ασχολήθηκε κυρίως με την φιλοτέχνηση και εικονογράφηση βιβλίων, μία σημαντική δραστηριότητά του σε όλη τη διάρκεια της ζωής του. Έχει εικονογραφήσει περισσότερα από 100 βιβλία. Ασχολήθηκε επίσης με την εικονογράφηση πολλών «Κλασικών Εικονογραφημένων» (Κολοκοτρώνης, Θησέας και Μινώταυρος, Περσέας και Ευρυδίκη, κ.ά.)
Ευρέως γνωστά είναι τα δύο αλφαβητάρια της πρώτης Δημοτικού που εικονογράφησε το 1949 και το 1955. Η ανάθεση της εικονογράφησης των δύο αλφαβηταρίων ήταν αποτέλεσμα της πρώτης θέσης που κατέλαβε στους δύο αντίστοιχους πανελλήνιους διαγωνισμούς του Οργανισμού Εκδόσεως Σχολικών Βιβλίων (Ο.Ε.Σ.Β.). Στην Διεθνή Έκθεση Διδακτικού Βιβλίου και στο εκεί Παγκόσμιο Παιδαγωγικό Συμπόσιο στο Laeken του Βελγίου το 1949, του απονεμήθηκε το Πρώτο Βραβείο για το Αλφαβητάριο «Τα καλά παιδιά». Εικονογραφώντας τα αλφαβητάρια δημιούργησε έναν νέο κώδικα επικοινωνίας για όλους τους Έλληνες στα δύσκολα χρόνια της μεταπολεμικής περιόδου. Πρόθεση του ήταν το βιβλίο να «αγγίξει» τα παιδιά, γι’αυτό άλλωστε και η ανάμνηση των εικόνων αυτών προξενεί σε όλους συγκίνηση και χαρά. Το Αλφαβητάριο του 1955 χρησιμοποιήθηκε για τη διδασκαλία της γλώσσας στην Α´ τάξη Δημοτικού για περισσότερα από είκοσι συνεχόμενα έτη.
Το 1953 παντρεύεται την ζωγράφο Αλκμήνη Νικολαΐδου.
Το 1954, μετά από επιτυχία στο διαγωνισμό του Ιδρύματος Κρατικών Υποτροφιών, συνεχίζει τις σπουδές του επί τετραετία στο Παρίσι. Σπουδάζει ζωγραφική, χαρακτική, χαλκογραφία και γραφικές τέχνες στις École Supérieure des Beaux–Arts, École Estienne και École Métiers d΄Αrt. Η «Παρισινή» του εμπειρία επηρέασε καθοριστικά το εικαστικό του έργο. Η θεματολογία του παρέμεινε ελληνοκεντρική, αλλά το στιλ του πλουτίστηκε με στοιχεία της μοντέρνας τέχνης.
Το 1959 εκλέγεται τακτικός καθηγητής στην Ανωτάτη Σχολή Καλών Τεχνών της Αθήνας, στην έδρα της χαρακτικής, διαδεχόμενος τον δάσκαλό του Γιάννη Κεφαλληνό. Εκτός από χαρακτική διδάσκει στην Ανωτάτη Σχολή Καλών Τεχνών και την «τέχνη του βιβλίου», ιδρύοντας το σχετικό εργαστήριο. Καθηγητής διατέλεσε μέχρι το 1985 και για αρκετά χρόνια υπήρξε διευθυντής (1973–1975) και πρύτανης (1978-1980) της Σχολής. Η διδακτική προσφορά του υπήρξε πολύ σημαντική. Στην εικοσιεξάχρονη θητεία του ως καθηγητής της Ανωτάτης Σχολής Καλών Τεχνών διαμόρφωσε και μύησε στα μυστικά της ζωγραφικής και της χαρακτικής, εκατοντάδες νεότερους Έλληνες καλλιτέχνες. Πολλοί σύγχρονοι διακεκριμένοι Έλληνες καλλιτέχνες υπήρξαν μαθητές του.
Η εποχή της εκλογής του Κωνσταντίνου Γραμματόπουλου ως καθηγητή της Ανωτάτης Σχολής Καλών Τεχνών συμπίπτει με την απαρχή μίας νέας περιόδου στο έργο του, κατά την οποία αρχίζει να δημιουργεί έγχρωμα χαρακτικά έργα (ξυλογραφίες) σε ασυνήθιστα μεγάλες διαστάσεις, με μία εντελώς νέα και απολύτως προσωπική τεχνοτροπία και ερμηνεία, με θέματα κυρίως από το Αιγαίο και την Ελληνική Μυθολογία. Η περίοδος αυτή διαρκεί μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1980.
Το 1968 εκπροσώπησε την Ελλάδα στην 34η Μπιενάλε της Βενετίας. Την επιτυχία και παγκόσμια προβολή του έργου του στην διεθνή αυτή έκθεση επισκίασε η διεθνής κατακραυγή κατά του δικτατορικού καθεστώτος της Αθήνας, στερώντας του έτσι το πρώτο βραβείο της έκθεσης.
Το 1972 του απονέμεται το Χρυσό Μετάλλιο Χαρακτικής στην Μπιενάλε της Φλωρεντίας.
Το 1974 φιλοτεχνεί το σημερινό Εθνόσημο της Ελληνικής Δημοκρατίας.
Την τελευταία δημιουργική περίοδο της ζωής του, έως τις αρχές της δεκαετίας 1990, την αφιερώνει στην ζωγραφική και την έγχρωμη λιθογραφία, εισάγοντας και εκεί νέες ευρηματικές τεχνικές και εικαστικές εκφράσεις.
Ήταν μέλος του Επιμελητηρίου Εικαστικών Τεχνών Ελλάδος (ΕΕΤΕ).
Από τους τελευταίους κορυφαίους Έλληνες καλλιτέχνες της «γενιάς του ‘30», ο Κωνσταντίνος Γραμματόπουλος έφυγε από την ζωή την 1η Οκτωβρίου του 2003, σε ηλικία 87 ετών, ύστερα από πολύχρονη ασθένεια, η οποία τον κράτησε μακριά από την δημιουργία για περίπου δέκα χρόνια.
Αιγαίο ΙΙΙ, 1938. Ξυλογραφία
Σαρωνικός Ι, 1970
