El prof. Kostas Kostarelos va estudiar Química per al seu grau a la University of Leeds (Regne Unit). Va obtenir el Diploma en Enginyeria Química i el doctorat en Enginyeria Química i de Partícules al Department of Chemical Engineering at Imperial College London (Regne Unit), on va estudiar l'estabilització estèrica de liposomes mitjançant molècules de copolímer en blocs (amb els professors Th. F. Tadros i P. F. Luckham com a directors). Va dur a terme la seva formació postdoctoral en diverses institucions mèdiques dels Estats Units amb D. Papahadjopoulos (UCSF, CA, EUA), G. Sgouros (Memorial Sloan-Kettering, NY, EUA) i R. G. Crystal (Weill Medical College of Cornell University, NY, EUA), utilitzant liposomes per transportar pDNA, radionúclids, virus i molècules petites amb diverses finalitats terapèutiques.

Kostas va ser professor assistent de Medicina Genètica i Enginyeria Química en Medicina al Cornell University Weill Medical College l'any 2002, quan es va traslladar al Regne Unit com a subdirector del Imperial College Genetic Therapies Centre in London (Regne Unit). L'any 2003 es va incorporar al Centre for Drug Delivery Research (CDDR) de la UCL School of Pharmacy com a subdirector del centre. L'any 2007 va ser ascendit a la primera presidència personal de Nanomedicina del Regne Unit i a la direcció del CDDR. El Nanomedicine Lab sencer es va integrar dins la Faculty of Medical and Human Sciences and the National Graphene Institute at the University of Manchester l'any 2013, treballant estretament amb Kostya Novoselov (premi Nobel de Física, 2010).

Ha estat nomenat Fellow de la Royal Society of Chemistry (FRSC), Fellow de la Royal Society of Medicine (FRSM) i Fellow de la Royal Society of Arts (FRSA), totes al Regne Unit. L'any 2010 va rebre la beca professoral de la Japanese Society for the Promotion of Science (JSPS) al National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) de Tsukuba, Japó (acollit pels professors Sumio Iijima i Masako Yudasaka).