Кирилл родился 30 декабря 1979 года на Украине, в Харькове. Но вскоре семья переехала в Петербург. Мальчик вырос без отца — когда Кириллу было 13 лет, тот ушел из семьи, оставив его с младшим братом на попечение матери, преподавательницы по бальным танцам. «Я никогда не чувствовал обиды на отца, – признается Кирилл. – Перед тем как оставить нас, он, по профессии изобретатель, изменился. Большую часть времени отдавал бизнесу, мы стали редко общаться и отдалились».
Чтобы компенсировать отсутствие мужского воспитания, Кирилл занимался тхэквондо. Очень увлекся спортом и одно время мечтал о профессиональной карьере борца. Но в старших классах решил, что станет режиссером. Экзамены на эту специальность Кирилл провалил — и в итоге поступил на актерский, в Петербургскую театральную академию. Хотя лицедейство его увлекло лишь к третьему году обучения.
В 21 год, окончив вуз, Плетнёв не смог устроиться ни в один питерский театр и подался в Москву. Там ему удалось попасть в труппу Московского драматического театра под руководством Армена Джигарханяна. Но и здесь он не блистал, отсиживаясь в «запасных». Не прошло и трех лет, как незадачливого актера уволил сам Джигарханян. Сразу после провала Плетнёву удалось попасть в благоприятную для себя театральную среду — к современному режиссеру Ирине Керученко. На подмостках современного театра Кирилл добился куда большего успеха. Так, за главную роль в моноспектакле «Я — пулеметчик» он удостоился премии «Чайка» в номинации «Прорыв».
Карьеру в кино Плетнёв тоже начал с длительного разбега. Сыграв в паре эпизодов (сериал «Убойная сила», «Медвежий поцелуй»), только в 2002 году 23-летний актер, наконец, получил крупную роль - в телесериале «Тайга. Курс выживания». Проект рассказывает о самолете, захваченном преступниками, который терпит крушение в безлюдной глуши. Работа на телевидении пришлась Плетнёву по душе. Да и продюсеры прониклись к юному телегерою — так, в 2004-ом актер появился сразу в семи телевизионных проектах!
Он сыграл Федьку-кооператорщика в экранизации знаменитой трилогии Анатолия Рыбакова «Дети Арбата» (2004), лже-переводчика в мини-сериале «Самара-городок», сержанта Алексея Бобрикова, ведущего разведдействия в тылу фашистов, в сериале «Диверсант», черного археолога в «Дальнобойщиках 2» и др. .Несмотря на то, что Кирилл никогда не служил, в военной форме он смотрелся отлично — в телесериалах он переиграл уймы однотипных ролей офицеров в форме. Например, в 2005-ом появился в образе младшего сержанта Дениса Нелипы по прозвищу Береза в сериале «Солдаты 3». Актер не скрывает, что снимался только из-за денег, он до сих пор считает свое участие в этом телепроекте «ошибкой». Впрочем, фильмы про войну продолжают преследовать его — и Плетнёв вновь безропотно надевает военный мундир или гимнастерку («Девять жизней Нестора Махно», «Под ливнем пуль», «Русский перевод», «Август. Восьмого» и др.) В конце концов, за несколько лет работы на телевидении Кирилл Плетнёв неминуемо обрел узнаваемость. Он снялся в главных ролях в рейтинговых мыльных операх «Громовы. Дом надежды» (2007), «Вера. Надежда. Любовь» (2010), «Любовь и разлука» (2011). Порой ему удается сыграть эпизодических персонажей в отечественных блокбастерах, например, в картине «Метро» (2012) Плетнёв исполнил роль корреспондента НТВ. В 2012 году 33-летний актер исполнил свою школьную мечту и дебютировал как режиссер. Он снял короткометражную семейную драму «Происшествие».
Кирилл был женат на актрисе Лидии Милюзиной, от которой имеет двоих детей.
