के. कस्तुरीरंगन हे नऊ वर्षे इस्रोचे प्रमुख होते. या कार्यकाळात त्यांनी इस्रो, अंतराळ आयोग आणि अंतराळ विभागाचे नेतृत्व केले. ते २७ ऑगस्ट २००३ रोजी निवृत्त झाले. के. कस्तुरीरंगन यांच्या कार्यकाळात पीएसएलव्ही आणि जीएसएलव्ही रॉकेटच्या विकास कार्यक्रमांनी वेग घेतला.
पर्यावरणाच्या रक्षणासाठी के. कस्तुरीरंगन यांच्या अध्यक्षेखाली समिती स्थापन करण्यात आली. नंतर माधव गाडगीळ यांच्या अध्यक्षतेखाली समिती स्थापन करण्यात आली. दोन्ही समित्यांनी पश्चिम घाटावर खाणकाम आणि सर्व प्रकारच्या उत्खननावर बंदी घालण्याची शिफारस केरळ आणि कर्नाटक सरकारला केली होती. दोन्ही राज्यांमध्ये या शिफारशींना स्थानिक पातळीवरुन विरोध झाला. के. कस्तुरीरंगन यांच्या अध्यक्षेखाली स्थापन केलेल्या समितीने फक्त एकाच पिकाची शेती करण्याऐवजी एका वर्षात एक पेक्षा जास्त पिकांची शेती एकाच शेत जमिनीवर करण्याचीही शिफारस केली होती. विशेष म्हणजे अशीच शिफारस माधव गाडगीळ समितीनेही केली होती. पण के. कस्तुरीरंगन आणि माधव गाडगीळ यांच्या शिफारशी राजकीय कारणांमुळे पुढे बासनात गुंडाळण्यात आल्या.
भारताची रिमोट सेन्सिंग क्षमता विकसित करण्यात के. कस्तुरीरंगन यांनी महत्त्वाची भूमिका बजावली. त्यांनी भास्कर I आणि II उपग्रहांसाठी प्रकल्प संचालक म्हणून काम केले. पृथ्वीची अंतराळातून पाहणी करणे आणि पृथ्वीवरील तांत्रिक कामांसाठी उपग्रह प्रक्षेपित करण्याचा मोठा कार्यक्रम त्यांच्या कार्यकाळात सुरू झाला. इन्सॅट - २, आयआरएस १ अ आणि १ ब हे महत्त्वाचे उपग्रह त्यांच्या कार्यकाळात प्रक्षेपित करण्यात आले.
भारताच्या राष्ट्रीय शिक्षण धोरणाचे शिल्पकार म्हणूनही त्यांना ओळखले जाते. त्यांनी शालेय आणि उच्च शिक्षणात व्यापक सुधारणा प्रस्तावित करणाऱ्या समितीचे अध्यक्षपद भूषवले. जवाहरलाल नेहरू विद्यापीठाचे कुलपती, कर्नाटक ज्ञान आयोगाचे अध्यक्ष, नियोजन आयोगाचे सदस्य आणि २००३ ते २००९ याकाळात राज्यसभेचे मानद सदस्य म्हणून त्यांनी काम केले. त्यांच्या अभूतपूर्व कार्यासाठी सरकारने त्यांना वेगवेगळ्या वर्षात पद्मश्री, पद्मभूषण आणि पद्मविभूषण या पुरस्कारांनी गौरविले आहे.