Koen De Graeve studeerde in 1995 af aan Studio Herman Teirlinck. Koen werkte met diverse theatergezelschappen waaronder TONEELHUIS, Olympique Dramatique, de Onderneming (voorloper van LAZARUS), KVS, de Kakkewieten. Voor LAZARUS schreef en speelde hij mee aan en in Wegens Succes Verlengd, Wat is Drinken?, Oblomow en De Idioot. Verder speelde Koen in diverse films en TV-series zoals Dagen Zonder Lief, Los, Loft, Van Vlees en Bloed, De Helaasheid der Dingen, Tot altijd, Halfweg en vele anderen. In 2010 en 2012 kreeg hij en televisiester voor zijn rol in respectievelijk Van Vlees en Bloed en De Ronde. In 2010 won hij de Ensor van Beste Acteur op de Vlaamse Filmprijzen. In 2015 tourde hij met de plaat Naar Frankrijk van zijn band De Post.

In het seizoen 2016/2017 stapt hij met het collectief LAZARUS (Pieter Genard, Joris Van Den Brande, Pieter Genard, Ryszard Turbiasz, Charlotte Vandermeersch en Günther Lesage) in het nieuwe verhaal van ARSENAAL/LAZARUS. Hij is te zien in Orde van de dag, Met argumenten kan je iedereen overtuigen, Oblomow, Wat is drinken?, Idioot en Karamazow.

Producties van Koen De Graeve