Birgitt Kilian absolvierte nach ihrem Abitur ein einjähriges Praktikum am Südostbayrischen Städtetheater Passau in der Kostümabteilung (Oper und Ballett) und einen Schnittkonstruktionskurs bei Müller und Sohn, München. Ein Studium im Bereich Kostümbild an der HAW Hamburg sowie ein 'Theatredesign'-Studium an der University of the Arts in London mit dem Abschluss Bachelor of Fine Arts schlossen sich an.

Ab Mitte der 1990er Jahre wirkte sie an diversen Kino- und Fernseh-Produktionen mit, als Kostümbildnerin bereits bei "Schartl" (1994) von Siegfried Zimmerschied, zunächst aber meist als Kostümbildassistentin wie beispielsweise bei Herbert Achternbuschs "Hades" (1994), Peter Thorwarths "Bang Boom Bang – Ein todsicheres Ding" (1999) und mehreren Beiträgen der TV-Reihe "Tatort".

Für die Kostüme verantwortlich zeichnete Kilian ab Anfang der 2000er Jahre bei zahlreichen Arbeiten von Filmemacher*innen, die der 'Berliner Schule' zugerechnet werden, viele davon preisgekrönt. So entwarf sie die Kostüme für die Werke von Ulrich Köhler, angefangen bei "Bungalow" (2002) über "Montag kommen die Fenster" (2006) und "Schlafkrankheit" (2011) bis zu "In My Room" (2018) und "Das freiwillige Jahr" (2021, Regie: Ulrich Köhler und Henner Winckler); für Christoph Hochhäusler übernahm sie das Kostümdesign bei "Milchwald" (2009) und "Unter dir die Stadt" (2009), für Thomas Arslan bei "Ferien" (2007), für Angela Schanelec bei "Der traumhafte Weg" (2016) und "Ich war zuhause, aber" (2019). Auch mit Michael Klier ("Farland", 2002, "Alter und Schönheit", 2007), Maria Speth ("Madonnen", 2007, Töchter", 2014) und Nicolas Wackerbarth ("Casting", 2016) arbeitete sie zusammen.

Darüber hinaus entwarf sie immer wieder die Kostüme für Fernsehfilme, darunter mehrere Krimis und Thriller in der Regie von Stefan Kornatz, Zum Beispiel "Das Ende einer Maus ist der Anfang einer Katze" (2011). Auch im Kino arbeitete sie gelegentlich an genrenahen Stoffen, so bei den Thriller-Dramen "Fata Morgana" (2007) und "Auf einmal" (2016) und der bayerischen Krimikomödie "Weißbier im Blut" (2020).

Für ihre Kostüme zu Andreas Dresens Justiz- und Politdrama "Rabiye Kurnaz gegen George W. Bush", der den Fall des unschuldig in Guantanamo festgehaltenen Murat Kurnaz aus der Perspektive seiner Mutter schildert, wurde Birgitt Kilian für den Deutschen Filmpreis 2022 nominiert.

Nach der deutsch-niederländischen Produktion "Der Mann aus Rom" (2023) in der Regie von Jaap van Heusden arbeitete Kilian bei "In Liebe, Eure Hilde" (2024) über die NS-Widerstandskämpferin Hilde Coppi erneut mit Andreas Dresen zusammen und wurde für ihre Kostüme 2025 erneut für den Deutschen Filmpreis nominiert.