Nacido en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, estudió en el Colegio Nacional de Buenos Aires (dependiente de la Universidad de Buenos Aires-UBA) de donde egresó con el título de bachiller especializado en ciencias sociales.
En 1995 se graduó como licenciado en Economía con orientación al sector público en la UBA, recibiendo el diploma de honor. Mientras cursaba su carrera en la Facultad de Ciencias Económicas de la UBA Kicillof militaba en la agrupación estudiantil TNT, que le arrebató la conducción del Centro de Estudiantes a la Franja Morada (UCR).
En la Facultad de Ciencias Económicas de la UBA fue profesor de diversas asignaturas, cargos obtenidos por concurso público, y también dictó clases en la Facultad de Ciencias Sociales de la UBA.
En 2011 fue designado subgerente general de Aerolíneas Argentinas y con el inicio del segundo mandato de Cristina Fernández de Kirchner como Presidenta de la Nación, Kicillof fue designado secretario de Política Económica y Planificación del Desarrollo.
En noviembre del 2013, Cristina Kirchner lo nombra como Ministro de Economía y Finanzas Públicas de la Nación, cargo que ejercería hasta el final del tercer gobierno kirchnerista, en 2015.
En las elecciones de 2015 resultó elegido Diputado Nacional por la Ciudad de Buenos Aires en representación del Frente para la Victoria. La lista de Kicillof obtuvo el 22,4 % de los votos, quedando en segundo lugar de esos comicios.
En mayo de 2019, se anunció su precandidatura a Gobernador de la provincia, acompañado por Verónica Magario como precandidata a vicegobernadora, por el Frente de Todos. La fórmula ganó con el 52,40% de los votos en las elecciones generales, frente al 38,28% de la Gobernadora macrista María Eugenia Vidal.
En las elecciones de 2023 fue reelecto como Gobernador junto a Verónica Magario.
