Кира Найтли родилась 26 марта 1985 года в Лондоне, Англия, в результате пари, которое заключили между собой её будущие родители — известные британские актёры Уилл Найтли и Шерман МакДональд. Суть пари состояла в следующем: если Шерман, к тому времени оставившая карьеру артистки и решившая заняться драматургией, продаст свою первую пьесу, то в семействе Найтли появится ещё один ребёнок. К тому времени у пары уже был сын Калеб, 1979 года рождения. Шерман пари выиграла. В результате британская литература в лице Шерман МакДональд приобрела ещё одного хорошего драматурга, а мировой кинематограф — новую звезду, Киру Найтли.
Уже в три года она попросила родителей, чтобы у неё, как и у них, появился собственный агент. Родители пообещали выполнить просьбу дочери, если та будет прилежно учиться. Свою часть сделки Кира выполняла добросовестно и старательно училась. Актриса вспоминает себя отличницей-зубрилкой, которая знала ответы на все вопросы и всегда первой поднимала руку. Её целью был успех в школе. Отчасти потому что ей самой очень хотелось преодолеть врождённую дислексию (нарушения чтения и письма). Но, помимо этого, Кира стремилась к карьере актрисы. Для этого, кроме учёбы, во время школьных каникул девочка усердно и подолгу занималась актёрским мастерством.

Когда Кире исполнилось шесть лет, у неё появился собственный агент, в семь она уже дебютировала в фильме «Royal Celebration» в роли маленькой девочки. К одиннадцати годам в её портфолио значились участие в мини-телесериалах и телешоу, транслировавшихся по европейским каналам, а также небольшие роли в фильмах «Деревенское дело» (1994), «Невинная ложь» (1995), «Искатели сокровищ» (1996) и «Возвращение домой» (1998) с Питером О’Тулом в главной роли.
Во многом актрисе помогло её внешнее сходство с Натали Портман, исполнительницей роли Королевы Амидалы в фильме «Звёздные войны: Эпизод I. Скрытая угроза» (1999). В гриме Киру Найтли и Натали Портман не могли отличить даже родные матери, о чём в интервью «Star Wars Insider» рассказала сама Натали[2]. Джордж Лукас пригласил её на роль двойника Королевы — Сабе. Более того, на съемочной площадке Кире иногда приходилось подменять и саму Портман. После выхода фильма этот факт был замечен только специалистами и внимательными зрителями, а многие были уверены, что обе роли — и Амидалу, и Сабе — сыграла Натали Портман.

Первая серьёзная роль в британском сериале «Оливер Твист» (1999), роль Лары в телефильме «Доктор Живаго», небольшая роль в фильме «Яма» (2001), где Кира Найтли впервые снялась обнажённой, первая главная роль в фильме «Дочь Робин Гуда: Принцесса воров» (2001 год, производство студии Disney). И, наконец, прорыв — одна из главных ролей в фильме «Играй как Бекхэм» (2002), где Кира Найтли сыграла девочку-подростка. Фильм собрал в мировом прокате 76 млн долларов, «отбив» вложенную в него сумму более чем 20 раз, и принес актрисе долгожданную известность.
Признание, слава и популярность принесли с собой поток новых предложений и выгодных контрактов. Учёба в колледже, куда в 2002 году Кира Найтли поступила, чтобы изучать классику, английскую литературу и историю, оказалась несовместимой с карьерой артистки. Найтли оставила колледж, хотя сказала, что она планирует закончить обучение.
В 2003 году Кира Найтли сыграла главную женскую роль в «Пираты Карибского моря: Проклятие «Чёрной жемчужины»». Появление на экране в компании Джонни Деппа и Орландо Блума не только сделало актрису популярной, но и вплотную подвело к ступеням голливудского Олимпа. Далее были съемки в «Реальной любви» (2003), «Короле Артуре» (2004), «Пиджаке» (2005), «Домино» (2005) и, наконец, в «Гордости и предубеждении» (2005). За роль Элизабет Беннет в последнем фильме Кира Найтли была номинирована на Оскар как лучшая актриса.

В 2005 году, во время съемок фильма «Гордость и предубеждение», у Киры Найтли завязался роман с актером Рупертом Френдом. Отношения с ним продлились больше пяти лет до декабря 2010 года. После расставания с ним в 2011 году у актрисы начался роман с клавишником рок-группы Klaxons Джеймсом Райтоном. С 25 мая 2012 года пара официально помолвлена.