Киллиан Мерфи родился 25 мая 1976 года в Дугласе, а вырос в Баллинтемпле — двух пригородах города Корк (графство Корк, Ирландия). Он — старший из четверых детей в семье педагогов: его отец работает в Ирландском Департаменте образования, а мать преподает французский язык в школе. Дяди, тети и дед Киллиана также работают преподавателями.
Среднее образование получил в Presentation Brothers College в Корке. Семья была музыкальной, и Киллиан с детства увлекался музыкой. В 1992 году, в возрасте 16 лет, Киллиан попал на урок драмы, который провел в школе Киллиана Пэт Кирнан (Pat Kiernan), арт-директор Театральной компании Корка (Cork’s Corcadorca Theatre Company).