Il est nommé président du présidium de l'Assemblée populaire suprême le . L'Assemblée étant, selon la Constitution nord-coréenne, « l'organe suprême du pouvoir de la république populaire démocratique de Corée »[2], le président de son Présidium est l'équivalent juridique du chef de l'État de la Corée du Nord[3]. Le « Dirigeant suprême de la république populaire démocratique de Corée » est cependant, toujours selon la Constitution, le président du Comité de la défense nationale (de à ) puis de la Commission des affaires de l'État (depuis ), poste occupé par Kim Jong-un. Les analystes occidentaux considèrent généralement Kim Yong-nam comme ayant été le no 2 du régime du temps de Kim Jong-il ; après la mort de ce dernier, Kim Jong-un a été proclamé « chef suprême » du pays, Kim Yong-nam demeurant à son poste.
Kim Yong-nam en 2015.
Dans le cadre du resserrement des liens bilatéraux entre la Corée du Nord et les autres nations asiatiques, Kim Yong-nam a conduit des délégations au Viêt Nam, au Laos et au Cambodge en , peu avant la tenue d'une rencontre de l'ASEAN au Viêt Nam, et des délégations cambodgiennes et laotiennes ont été reçues en Corée en 2002[4]. Kim Yong-nam a également été reçu en Syrie, en .
À l'occasion du 55e anniversaire de l'établissement des relations diplomatiques entre la Chine et la Corée du Nord, Kim Yong-nam se rend en Chine en . Cette visite permet le renforcement des relations politiques et économiques entre les deux pays, tandis que le chef de l'État nord-coréen déclare soutenir fermement la politique de la Chine dans le cadre d'une « réunification pacifique », fondée sur le principe « un État et deux systèmes », selon les comptes rendus officiels chinois[5],[6].
En , Kim Yong-nam félicite le président vénézuélien Hugo Chávez pour sa réélection[7].
Il est le chef officiel de la délégation nord-coréenne aux Jeux olympiques de Pyeongchang, notamment accompagné par la sœur de Kim Jong-un, Kim Yo-jong. D'après Yang Moo-jin, de l'Université des études nord-coréennes de Corée du Sud, Kim Yong-nam est « le numéro deux dans la hiérarchie du parti », après Kim Jong-un[1]. C'est dans son rôle de chef de l'État de la république populaire démocratique de Corée qu'il déjeunera le avec le président sud-coréen Moon Jae-in, accompagné de Kim Yo-jong. À cette occasion, Kim Yo-jong a invité officiellement le président sud-coréen pour une visite d'État au Nord au nom de son frère.
Le , il est remplacé à la présidence du présidium de l'Assemblée par Choe Ryong-hae.
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