Кирилл Плетнёв родился в Харькове. С раннего детства жил в Ленинграде, там же окончил школу. В 1996 году поступил в СПГАТИ, курс Владимира Петрова. После окончания академии в 2000 году показывался в нескольких московских театрах. Вошел в труппу Московского драматического театра под руководством Армена Джигарханяна и переехал в Москву. Весной 2003 года ушел из театра Джигарханяна. С этого же года начал работу с театральным режиссером Ириной Керученко. С 2001 года начал активно сниматься в кино. Женат на актрисе Лидии Милюзиной. В апреле 2011 года родился первый ребенок — сын.
