В Вооружённых силах СССР с 1987 года. В 1991 году Кириллов с отличием окончил Костромское высшее военное командное училище химической защиты. С 1991 по 1994 год проходил службу в должности командира взвода в Группа советских войск в Германии. После вывода войск из Германии — в Московском военном округе. С 1995 года последовательно прошёл должности от командира роты до командира отдельной бригады радиационной, химической и биологической защиты.
С 2009 года Кириллов проходил службу на различных должностях управления начальника войск РХБЗ Вооружённых Сил РФ.
С апреля 2017 года генерал-майор Кириллов — начальник войск РХБ защиты Вооружённых Сил РФ.На этой должности выполнял специальные задачи, в том числе, по борьбе с терроризмом в России и за рубежом, разоблачал провокации «белых касок» в Сирии, участвовал в ликвидации последствий стихийных бедствий природного и техногенного характера.
Кириллов принимал участие в создании и принятие на вооружение новой тяжёлой огнемётной системы ТОС-2 «Тосочка». Первые опытные образцы новейшей огнемётной системы начали поступать в российские войска только в 2020 году.
Одновременно с этим детищем Кириллова российские военные конструкторы продолжали модернизировать систему ТОС-1А. Улучшения позволят повысить защиту экипажей, а также направлены на увеличение дальности и точности поражения, уменьшение времени на развёртывание и выполнение поставленных задач и на рост могущества боеприпаса.
Как рассказывал Игорь Кириллов, принимая участия в мероприятиях по борьбе с распространением коронавируса, специалисты 48 ЦНИИ Министерства обороны РФ совместно со специалистами НПО «Синтол» в феврале 2020 года разработали набор реагентов для выявления РНК коронавируса 2019-nCoV методом полимеразной цепной реакции в реальном времени «PЦР-РВ-2019-nCoV». При непосредственном участии научно-исследовательской организации войск РХБЗ и Главного клинического госпиталя Минобороны России имени академика Н. Н. Бурденко разработана и в августе 2020 года зарегистрирована первая в мире вакцина от СOVID-19. Специалисты войск принимали непосредственное участие в доклинических исследованиях безопасности, протективности и иммуногенности векторной вакцины против SARS-CoV-2, разработанной ФГБУ "НИЦЭМ имени Н. Ф. Гамалея Минздрава России. Проведённый комплекс исследований позволил подтвердить безопасность и эффективность разработанного препарата, что дало разработчику возможность приступить в июне 2020 года к его клиническим исследованиям.
Указом президента РФ от июля 2021 года за особые трудовые заслуги, самоотверженность и профессионализм, проявленные при выполнении важных государственных задач, генерал-лейтенанту Кириллову присвоено звание Героя Труда РФ с вручением знака особого отличия — золотой звезды «Герой Труда Российской Федерации».
После начала Специальной военной операции в 2022 году Кириллов с фактами на брифинге разоблачал военно-биологическую деятельность США на Украине, связи украинских властей со спецслужбами США по созданию смертоносных биолабораторий и «грязной атомной бомбы».Всего Кириллов провёл более 40 брифингов о химическом оружии США на Украине, где подробно и с подтверждающими документами осветил деятельность, которая нарушает международные договоры.
17 декабря 2024 года Игорь Кириллов погиб в результате террористического акта у своего дома в Москве. Похороны состоялись на территории Федерального военного мемориала «Пантеон защитников Отечества» в подмосковных Мытищах
20 декабря Игорю Кириллову присвоено звание Героя России посмертно. Золотая звезда Героя России передана его вдове министром обороны РФ Андреем Белоусовым.
3 апреля 2025 года по указанию президента РФ Владимира Путина принято решение о воссоздании Саратовского высшего военного инженерного училища радиационной, химической и биологической защиты имени Игоря Кириллова.Учебное заведение станет историческим приемником Саратовского высшего военного инженерного училища химзащиты, которое существовало с 1932 по 2009 год и впоследствии было расформировано.
Генерал-лейтенант Кириллов был почётным ветераном Вооружённых Сил и почётным ветераном Союза ветеранов войск, специалистов и организаций в сфере радиационной, химической и биологической защиты (Союза ветеранов войск РХБЗ ВС РФ) — основной базовой организации ветеранского движения в войсках РХБ защиты. На базе изыскательской работы, организованной генерал-лейтенантом Кирилловым в Центральном архиве Министерства обороны в Подольске был собран обширный материал и издана книга «100 лет войскам радиационной, химической и биологической защиты Вооружённых Сил Российской Федерации» под редакцией Кириллова и его предшественника на посту, впоследствии президента Союза ветеранов войск РХБЗ генерал-майора Евгения Старкова. При поддержке Союза ветеранов войск РХБЗ создана постоянно действующая выставка «Научные достижения войск РХБЗ» в парке «Патриот».
Генерал-лейтенант Кириллов уделял внимание духовно-нравственному воспитанию личного состава, в том числе и во взаимодействии с Русской православной церковью. Учреждения и организации войск РХБ защиты центрального подчинения обеспечивались духовной литературой, безвозмездно передаваемой от РПЦ. За особые заслуги в деле духовно-нравственного воспитания личного состава Вооружённых Сил РФ генерал-лейтенант Кириллов был награждён медалью Владимирской епархии Русской православной церкви «Святого благоверного князя Андрея Боголюбского».
