Кирилл Александрович Дмитриев родился 12 апреля 1975 года в Киеве. Получил образование в США: окончил Стэнфордский университет со степенью бакалавра экономики в 1996 году и Гарвардскую школу бизнеса с отличием в 2000 году, получив степень магистра делового администрирования (MBA). После учебы работал в инвестиционном банке Goldman Sachs и консалтинговой компании McKinsey & Company в Нью-Йорке, Лос-Анджелесе и Москве.
В 2000-х Дмитриев занимал руководящие должности в российских инвестиционных компаниях, включая Delta Private Equity и Icon Private Equity, где участвовал в крупных сделках, таких как продажа Delta Bank концерну General Electric и ипотечного банка Delta Credit группе Société Générale. В 2005–2006 годах возглавлял Российскую ассоциацию прямого и венчурного инвестирования (РАВИ).
С 2011 года Дмитриев возглавляет Российский фонд прямых инвестиций (РФПИ), созданный по инициативе президента Дмитрия Медведева и премьера Владимира Путина для привлечения инвестиций в экономику России. Под его руководством фонд реализовал более 90 проектов на сумму свыше 2,1 триллиона рублей и заключил партнерства с международными инвесторами. В числе достижений фонда — поддержка создания и продвижения вакцины «Спутник V».
В феврале 2025 года Дмитриев был назначен спецпредставителем президента РФ по инвестиционно-экономическому сотрудничеству с зарубежными странами. В этом качестве он участвовал в российско-американских переговорах и выступает одним из ключевых переговорщиков по вопросам экономического сотрудничества между Россией и США.
В 2025 году Дмитриев активно продвигает проект строительства тоннеля через Берингов пролив, который соединит Россию и США. По его словам, проект может быть реализован менее чем за восемь лет с использованием современных технологий, а его стоимость оценивается примерно в восемь миллиардов долларов. Идея получила поддержку некоторых американских политиков и инвесторов, однако требует политической воли обеих стран.
Кирилл Дмитриев входит в советы директоров крупных российских компаний, таких как РЖД и Транснефть, а также в попечительские советы ведущих культурных и образовательных учреждений, включая МГУ имени М.В. Ломоносова и ГИТИС. Он награжден орденами Александра Невского, Почета, а также иностранными государственными наградами Франции, Саудовской Аравии и Казахстана. В 2010 году был включен в список Молодых глобальных лидеров Всемирного экономического форума в Давосе, а в 2011 году — в рейтинг 100 самых влиятельных профессионалов индустрии прямых инвестиций по версии Private Equity International.