Die beste Platzierung, die Kim Hyo-sub bei Weltmeisterschaften erreichte, waren der 5. Platz bei der Weltmeisterschaft 2006 in Guangzhou, wo er den Kampf um eine WM-Bronzemedaille gegen Namig Abdullajew aus Aserbaidschan knapp mit 1:2 Runden und 2:3 Punkten verlor. Den 5. Platz belegte er auch bei der Weltmeisterschaft 2010 in Moskau. Nach einer Niederlage im dritten Kampf gegen Wiktor Lebedew aus Russland besiegte er dort den Ex-Weltmeister Radoslaw Welikow aus Bulgarien mit 2:1 Runden und 10:3 Punkten, unterlag aber im Kampf um eine Bronzemedaille gegen Frank Chamizo Marquez aus Kuba mit 1:2 Runden und 4:8 Punkten.