Кирилл Емельянов родился в Москве 15 апреля 1991 года в актерской семье. У Кирилла есть сестра по имени Анна. Уже в три года мальчик, глядя на своих родителей, решил стать актером. Всей семьей они ходили смотреть постановки.
Актер окончил ГИТИС, где обучался в мастерской И. Л. Райхельгауза, А. Л. Филозова и М. Я. Али-Хусейна.
Кирилл Емельянов впервые появился на экране в девятилетнем возрасте, и произошло это по счастливой случайности: в его школе проводились пробы, устроенные юмористическим киножурналом «Ералаш», и после отбора юный актер был приглашен поучаствовать в съемках. Тогда Кирилл сыграл в нескольких эпизодах «Ералаша», но потом около пяти лет нигде не снимался.
Только в 2005 году ему вновь улыбнулась удача - актер снялся в картине Александра Атанесяна «Сволочи», где сыграл малолетнего уголовника Студера. Этот фильм был показан зрителям в 2006 году, а кроме Емельянова, там снялись российские кино-знаменитости Андрей Краско, Андрей Панин и Владимир Кашпур, а также молодые актеры - Александр Головин, Митя Горевой, Василий Лыкшин и Сергей Рыченков. Лента получила успех по итогам проката - $9 662 551.
После этого фильма Кирилла Емельянова стали активно приглашать сниматься в различных полнометражных фильмах и сериалах.
В 2006 году на экраны вышла военная драма «Сволочи» Александра Атанесяна, где Кирилл Емельянов снялся с актерами Велимиром Русаковым, Андреем Паниным и Андреем Краско.
В этом же году на телеканале «СТС» начал идти сериал «Кадетство», в котором Емельянов сыграл роль суворовца Сырникова. «Кадетство» стал очень популярной лентой среди российских подростков и сделал знаменитыми актеров, которые там снимались, включая Кирилла Емельянова. Телеканал показывал сериал до 2009 года, а затем вышло его продолжение – «Кремлевские курсанты», где снялись все главные актера «Кадетства».
В том же году Кирилл Емельянов исполнил роль Вити Печенкина в ТВ-сериале «Победный ветер, ясный день».
В 2008 году актер был одним из ведущих телешоу «СТС Зажигает Суперзвезду 2008: Ранетки Mania».
В 2010 году Кирилл Емельянов снялся в фильме Константина Худякова «Марево».
Помимо работы в кино, актер также задействован в театре «Школа современной пьесы», где играет и его жена - Екатерина Директоренко (известна по фильмам «Штрафбат», «Сыщики-5» и «Человек без пистолета»).
В феврале 2011 года у Кирилла и Екатерины родился мальчик Степан, а в июне 2013 у семьи Емельянова появился второй ребенок, которого назвали Василием.
