Родился 1 мая 1990 г. в гор. Кызыле (Тувинская АССР, РСФСР; ныне Республика Тыва, РФ). Среднюю школу окончил в городе Назарово (Красноярский край).
В 2012 г. получил специальность "летная эксплуатация воздушных судов" (квалификация "инженер") в Ульяновском высшем авиационном училище гражданской авиации (ныне Ульяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б. П. Бугаева).
До зачисления в отряд космонавтов был летчиком гражданской авиации, налетал более 3 000 часов. С сентября 2012 г. работал вторым пилотом самолета Boeing 737 в российской авиакомпании Nordwind Airlines, с июля 2013 г. - вторым пилотом Boeing 757, Boeing 767 в авиакомпании Pegas Fly (с 2022 г. - "Икар").
В 2017-2018 г. Кирилл Песков принял участие во втором открытом наборе в отряд космонавтов госкорпорации "Роскосмос". В августе 2018 г., пройдя отбор, он был назначен на должность кандидата в космонавты-испытатели.
В 2018-2020 гг. прошел обучающий курс в Центре подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина (Звездный городок, Московская обл.). В декабре 2020 г. получил квалификацию "космонавт-испытатель".
С января 2021 г. Кирилл Песков является космонавтом-испытателем отряда Роскосмоса.
2 августа 2024 г. Роскосмос сообщил, что Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) утвердило Кирилла Пескова специалистом миссии Crew-10 на корабле Crew Dragon американской компании SpaceX, которая по контракту с NASA доставляет экипажи на Международную космическую станцию (МКС). В экипаж Crew-10 также вошли астронавты NASA Энн Макклейн (командир), Николь Айерс (пилот) и астронавт Японского агентства аэрокосмических исследований Такуя Ониси (специалист миссии).
15 марта 2025 г. (02:03 мск) Кирилл Песков стартовал в свой первый орбитальный полет в составе экипажа Crew-10 на корабле Crew Dragon. Он стал десятым участником российско-американской программы перекрестных полетов на МКС (реализуется на основе соглашения, подписанного Роскосмосом и NASA в июле 2022 г.). Всего космонавт проработал на МКС почти пять месяцев (147 суток). 9 августа 2025 г. экипаж Crew-10 возвратился на Землю - Crew Dragon приводнился в Тихом океане у побережья штата Калифорния.