Родился 17 октября 1977 г. в Москве.
В 1999 г. окончил Новый гуманитарный университет (Москва) по специальности "юриспруденция".
С 1998 по 2004 г. работал юрисконсультом, главным инженером, начальником отдела, заместителем директора - руководителем центра по правовым исследованиям и правовому регулированию лесных отношений Российского государственного проектно-изыскательского института "Росгипролес" (Москва).
В 2004-2005 гг. - заместитель начальника управления правового и структурного обеспечения Федерального агентства лесного хозяйства (Рослесхоз).
В 2005-2006 гг. - заместитель начальника управления перспективного развития и правового обеспечения Рослесхоза.
В мае 2006 г. был назначен директором департамента государственной политики в области лесных и водных ресурсов Министерства природных ресурсов РФ, которое возглавлял Юрий Трутнев. 12 мая 2008 г. ведомство было преобразовано в Министерство природных ресурсов и экологии РФ (Минприроды). Дмитрий Кириллов в 2008-2012 гг. занимал в нем должность директора департамента государственной политики в области водных ресурсов и безопасности гидротехнических сооружений.
В 2012-2016 гг. Дмитрий Кириллов был директором департамента государственной политики и регулирования в области водных ресурсов, в 2016-2018 гг. возглавлял департамент государственной политики и регулирования в области водных ресурсов и гидрометеорологии Министерства природных ресурсов и экологии РФ (глава министерства в 2012-2018 гг. - Сергей Донской).
В 2018-2019 гг. - директор департамента водных ресурсов Минприроды (министр с мая 2018 г. - Дмитрий Кобылкин).
С 25 февраля 2019 г. - руководитель Федерального агентства водных ресурсов (Росводоресурсы). Сменил врио руководителя Росводоресурсов Вадима Никанорова.
Действительный государственный советник РФ I класса (2023).
Отмечен благодарностью президента РФ (2011).