De projecten van Koen van Velsen worden (inter)nationaal erkend en gewaardeerd. Zo werden Revalidatiecentrum Groot Klimmendaal (2010) en de OVT Station Breda (2017) door de Bond van Nederlandse Architecten (BNA) verkozen tot Beste Gebouw van het Jaar.

Koen van Velsen was in 2017, 2013, 2011, 2003, 1992 en 1990 met diverse gebouwen genomineerd voor de internationale European Union Prize for Contemporary Architecture - Mies van der Rohe Award. In 2011 werd Revalidatiecentrum Groot Klimmendaal verkozen tot finalist van deze Award. Ook won het gebouw onder meer de eerste Hedy d’Anconaprijs voor excellente zorgarchitectuur en de Dutch Design Award publieksprijs. In 2011 werd het gebouw verkozen tot beste health gebouw van de wereld tijdens het World Architecture Festival. 



Koen van Velsen was genomineerd voor de Abe Bonnema Architectuurprijs voor sport- en woongebouw Huis op Zuid (2025), OVT Station Breda (2017) en het entreegebouw voor Paleis het Loo Nationaal Museum (2013).

Ook lokaal zijn de projecten van Koen van Velsen gewaardeerd, onder meer middels de Apeldoorn Architectuurprijs, de Heuvelink Architectuurprijs van de stad Arnhem en de Rotterdam Architectuurprijs. 

Koen van Velsen ontving diverse onderscheidingen voor zijn gehele oeuvre waaronder de Mart Stam Prijs van de gemeente Amsterdam, de Rietveldprijs van de gemeente Utrecht en de BNA kubus, de oeuvreprijs van de Bond van Nederlandse Architecten voor bijzondere verdienste aan de architectuur in Nederland.