Gyermekkora hányatottan telt, rövid ideig a tűzoltóképzőbe járt, majd átiratkozott a színházi szakközépiskolába. Érettségi után színházi öltöztető volt, végül harmadik nekifutásra felvették a híres lódzi filmes főiskolára. Pályáját dokumentumfilmekkel kezdte, műveiben kendőzetlenül ábrázolta Lengyelország erkölcsi és politikai válságát.

Első játékfilmje, a Sebhely az 1970-es gdanski eseményeket, a munkások és a politikai vezetés konfliktusát idézte. Az 1979-es Amatőr, amely egy amatőr filmes valóságot kutató szabadidős szenvedélyéről szól, már elnyerte a moszkvai filmfesztivál nagydíját. Véletlen című filmje - amelyet a szükségállapot bevezetése miatt csak 1984-ben tudott befejezni - a társadalmi állapotokból adódó erkölcsi problémákkal foglakozott. Alapgondolata szerint a véletlen befolyásolhatja ugyan az ember életét, de az igazán fontos dolgok az embertől magától függenek. Ekkorra Kieslowski helyzete politikai szerepvállalása miatt ellehetetlenült: a halál utáni élet kérdését boncolgató Befejezés nélkül című filmje után évekre el kellett hallgatnia.

Forgatókönyvíró-társa, a Szolidaritás védőjeként is ténykedő Krzysztof Piesiewicz javaslatára kezdett neki, hogy a lengyel valóságból kiindulva megfilmesítse a Tízparancsolatot. A szeretet, a halál és az abszolútum kérdéseit feszegető sorozatnak különösen a Rövidfilm a gyilkosságról című darabja váltott ki óriási visszhangot. A film egy taxisofőr meggyilkolásáról és a tettes kivégzéséről szól, s nem tesz különbséget a bűntett és annak megtorlása között.

A rendszerváltás után francia koprodukcióban készült a Veronika kettős élete. A két Veronika egy napon születik, külsejük is egyforma, sorsuk is hasonlóan alakul, de a lengyel Weronika meghal abban a szívbetegségben, amelyet a francia Veronique túlél. A film üzenete, hogy nem vagyunk egyedül, óvatosan és környezetünkre figyelve kell élnünk, mert minden tettünknek van következménye.

A kilencvenes években forgatta Három szín című trilógiáját. Az egyes részek címei a francia trikolór színeire rímelnek, s a rendező a szabadság-egyenlőség-testvériség eszméjét kutatva egyre mélyebbre merül az emberi lélek útvesztőiben. A Kék főszereplője a híres zeneszerző férjét és ötéves kislányát egy autóbalesetben elvesztő asszony, a Fehér azt meséli el, hogy egy varsói fodrász a válás után miként szerzi vissza francia exfeleségét, a befejező rész, a Piros egy nyugdíjas, az emberiségből kiábrándult bíró és egy huszonéves manöken születő barátságát meséli el. Az alkotásért Kieslowskit rendezőként és forgatókönyvíróként is Oscar-díjra jelölték.

Kieslowski ezután felhagyott a filmezéssel, hozzátéve: egyetlen filmje sem sikerült olyanra, mint szerette volna, több bennük a feszültség, a világosság, de a titok is és az apró árnyalat is. Utolsó éveiben mégis új trilógiát fontolgatott Mennyország, Tisztítótűz, Pokol címmel, de a forgatókönyvek vázlatánál nem jutott tovább: 1996. március 13-án elvitte egy szívroham. (A Pokol vázlatát használta fel Danis Tadovic bosnyák rendező a legjobb külföldi filmnek járó Oscar-díjat elnyert Senkiföldje készítéséhez, az intim hangvételű pszichodráma a szeretethiánnyal, a családi viszonyokkal, a hazugság és az öngyilkosság kérdésével foglalkozik.)