Kieślowski, 1941'de Nazi işgali altındaki Varşova'da Barbara ve Roman Kieślowski çiftinin çocuğu olarak doğdu. Babasının verem hastası olması nedeniyle çocukluk yıllarında birçok farklı kırsal bölgede yaşadı. Bir süre itfaiyecilik ve tiyatro teknisyenliği eğitimi görse de bunlarda dikiş tutturamadı. Asıl isteği olan tiyatro yönetmenliğine geçmek için sinema yönetmenliğini ara basamak olarak düşünüyordu. Polonya'nın prestijli Łódź Film Okulu'na yaptığı ilk 2 başvuru reddedildi. Zorunlu askerlikten çürük raporu alarak kurtulmasının ardından 1964'teki 3. denemesinde kabul edildi. 1968'de buradan mezun olmadan önce mezuniyetinden sonraki birkaç yılında daha çok belgesel yönetmenliği yaptı.
Özellikle Robotnicy 1971 (Workers 71) adlı belgeselin sansürlenmesiyle belgeselden uzaklaşıp kurmacaya yöneldi. 1975'te ilk kurmaca filmi Personel'i çekti. 1976'a Blizna (The Scar) ve 1979'da Amator (Camera Buff) gibi filmleri geldi. İlk dönem filmleri sosyal ve politik mesajlar içeriyordu. 1980'lerdeki filmleri de bu yaklaşımı sürdürdü. 1985'te çektiği No End (Bez końca) filmi, en açık şekilde bunu gösteren filmlerinden bir tanesi oldu. 1988'de Polonya Televizyonu (Telewizja Polska) için Hz. Musa'nın On Emir'inden esinlenerek çektiği Dekalog filmi büyük beğeni kazandı. 10 kısa filmden oluşan yapım, klasikler arasına girdi. Aynı yıl içinde Dekalog'un 5. ve 6. filmini genişleterek ayrı filmler haline getirdi. Öldürme Üzerine Kısa Bir Film (Krótki film o zabijaniu) ve Aşk Üzerine Kısa Bir Film (Krótki film o miłości) filmleri uluslararası sinema dünyasında takdir gördü. Öldürme Üzerine Kısa Bir Film, Cannes Film Festivali'nde FIPRESCI Ödülü'nün yanında birincisi düzenlenen Avrupa Film Ödülleri'nde de En İyi Film Ödülü'nü kazandı.
1991'de ilk uluslararası sinema projesi olan Véronique'in İkili Yaşamı filmini çekti. Irène Jacob'un iki farklı karakteri müthiş bir başarıyla canlandırdığı film, müzikleri ve muhteşem görüntüleriyle de akıllarda yer etti. 1993-94 döneminde ise kariyerinin başyapıtı Üç Renk üçlemesi geldi. Fransa bayrağının renkleri olan mavi (özgürlük), beyaz (eşitlik), kırmızıdan (kardeşlik) esinlenerek çektiği filmler, yönetmenin adına yaraşır kalitede oldu. 'Mavi' filmi Venedik'te Altın Aslan, 'Beyaz' filmi ise Berlin'de En İyi Yönetmen dalında Gümüş Ayı kazandırdı. Kieślowski, Üç Renk üçlemesinden sonra Kieślowski yönetmenliği bıraktığını açıkladı. 1996'da Varşova'da bir açık kalp ameliyatı sırasında kalp krizi geçirerek 54 yaşında hayatını kaybetti. Cenazesi Powązki Mezarlığı'na gömüldü.
Okul yıllarında tanıştığı Maria Cautillo ile 1967'de evlenen yönetmen, ölümüne dek Cautillo ile evliydi. 1972'de bu birliktelikten olan tek çocuğu Marta dünyaya geldi.
Filmlerinde genelde tanıdığı oyuncular ve teknik ekiple çalışmayı tercih eden Kieślowski, senarist Krzysztof Piesiewicz, müzisyen Zbigniew Preisner ve görüntü yönetmeni Sławomir Idziak ile birçok filminde iş birliği yapmıştı.