Tunceli'nin Nazımiye ilçesinde doğan Kemal Kılıçdaroğlu, ilk ve ortaöğrenimini Erciş, Tunceli, Genç, Elazığ gibi Anadolu'nun çeşitli yerlerinde yaptı. Yükseköğrenimini yapmak için girdiği Ankara İktisadi ve Ticari İlimler Akademisi'nden (şimdiki adıyla Gazi Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi) 1971'de mezun oldu.
Lisans öğrenimini tamamladığı 1971 yılında, girdiği hesap uzman yardımcılığı sınavının ardından Maliye Bakanlığı'nda göreve başladı. Daha sonra hesap uzmanı olan Kılıçdaroğlu, bir yıl Fransa'da kaldı. Hesap uzmanlığını 1983'e kadar sürdürdü ve aynı yıl Gelirler Genel Müdürlüğü'ne atandı. Burada önce daire başkanı olarak görev aldı, daha sonra aynı kurumun genel müdür yardımcılığını yaptı.
Kemal Kılıçdaroğlu 1991 yılında Bağ-Kur'a atandı. Burada genel müdürlük yapan Kılıçdaroğlu, 1992 yılında da Sosyal Sigortalar Kurumu Genel Müdürlüğü'ne geçti. Daha sonra kısa bir süre Türkiye Cumhuriyeti Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı'nda müsteşar yardımcısı olarak görev yaptı. 1994 yılında Ekonomik Trend dergisi tarafından "Yılın Bürokratı" seçildi. Kemal Kılıçdaroğlu, 1999'un Ocak ayında kendi isteğiyle Sosyal Sigortalar Kurumu Genel Müdürlüğü'nden emekli oldu.
Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı çalışmalarında Kayıtdışı Ekonomi Özel İhtisas Komisyonu'na başkanlık eden Kılıçdaroğlu, Hacettepe Üniversitesi'nde de bir süre ders verdi. Daha sonra Türkiye İş Bankası'nda yönetim kurulu üyesi olarak görev yaptı.
11 Ocak 1999'da SSK Genel Müdürlüğü'nden ayrılan Kemal Kılıçdaroğlu'nun, Demokratik Sol Parti'den 18 Nisan 1999'daki genel ya da yerel seçimlerde aday olmak için istifa ettiği dönemin gazetelerinde belirtildi. Hangi ilden aday gösterileceğinin tercihini partiye bırakacağını açıklayan Kemal Kılıçdaroğlu, daha sonra 18 Nisan 1999 genel ve yerel seçimlerinde aday gösterilmedi.
Türkiye Büyük Millet Meclisi 22. dönem için yapılan 3 Kasım 2002 Milletvekili Genel Seçimleri'yle Cumhuriyet Halk Partisi İstanbul milletvekili olarak Meclis'e girdi.22 Temmuz 2007 Milletvekili Genel Seçimleri'nde de İstanbul'dan 23. dönem milletvekili seçildi. Adalet ve Kalkınma Partisi Genel Başkan Yardımcısı ve Sakarya Milletvekili Şaban Dişli'yi, Silivri'de bir arsanın imar durumunu değiştirme karşılığında 1 milyon dolarlık iş takibi ücreti talep etmekle suçladı. Bu iddiasını daha sonra Başbakan Erdoğan'a yönelik bir soru önergesiyle meclise taşıdı.Dişli, iddialar karşısında partisindeki görevinden istifa etti.Almanya'nın Frankfurt kentinde görülen Deniz Feneri yolsuzluk davasının Türkiye ayağına ilişkin bazı belgeler açıkladı.
Kılıçdaroğlu, 22 Eylül 2008 tarihinde düzenlediği bir basın toplantısında, "Baron" olarak adlandırdığı Adalet ve Kalkınma Partisi Genel Başkan Yardımcısı Dengir Mir Mehmet Fırat hakkında çeşitli iddialar ortaya attı. Fırat'ın en büyük ortağı olduğu Menas adlı şirketin ürünlerini yurtdışına götüren tırda 89 kilogram eroin yakalandığını ve Menas'ın hayali ihracat yaptığını iddia eden Kılıçdaroğlu, bu kez de 25 Eylül günü gazeteci Uğur Dündar tarafından yönetilen tartışmada Dengir Mir Mehmet Fırat ile biraraya geldi.Bu tartışmadan bir süre sonra da Fırat, sağlık durumunu gerekçe göstererek istifa etti.
İstanbul milletvekili olan Kemal Kılıçdaroğlu, 2009 Yerel Seçimleri'ne Cumhuriyet Halk Partisi'nin İstanbul Büyükşehir Belediye Başkan adayı olarak katıldı. Seçimi Adalet ve Kalkınma Partisi adayı Kadir Topbaş kazandı; ancak Kemal Kılıçdaroğlu, partisinin İstanbul Büyükşehir Belediye başkanlığı için aldığı oy oranını 2004 Yerel Seçimleri'nin % 25'in üstünde bir oranda artırdı.
Cumhuriyet Halk Partisi grup başkanvekili iken CHP Genel Başkanı Deniz Baykal’ın 11 Mayıs 2010 tarihindeki istifası ile, 17 Mayıs 2010 tarihinde CHP Grup Başkanvekilliği’nden istifa ederek kurultayda aday olacağını açıkladı.
22 Mayıs 2010 tarihinde yapılan 33. Olağan CHP Kurultayı’nda, 1249 delegenin, 1200 delegenin imzasını alarak rekor kırdı ve tek aday olarak kurultaya gitti.Ve bu kurultaydan çıkan sonuçla CHP genel başkanı oldu.
Selvi Kılıçdaroğlu ile evli olan Kemal Kılıçdaroğlu, üç çocuk babasıdır. Bir yıl Fransa'da görev yapan Kılıçdaroğlu'nun yabancı dili Fransızcadır.2003, 2005 ve 2007 yıllarında verdiği mal bildirimlerini kamuoyuna açıklayan Kemal Kılıçdaroğlu'nun, Mart 2009 itibarıyla kendi üzerine 2 konut, 3 kooperatif hissesi ve toplam 2.733 TL değerinde 8 tablo kayıtlıdır.
Tunceli'nin Nazımiye ilçesinde doğan Kemal Kılıçdaroğlu, ilk ve ortaöğrenimini Erciş, Tunceli, Genç, Elazığ gibi Anadolu'nun çeşitli yerlerinde yaptı. Yükseköğrenimini yapmak için girdiği Ankara İktisadi ve Ticari İlimler Akademisi'nden (şimdiki adıyla Gazi Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi) 1971'de mezun oldu.