Кириљенко је дебитовао за репрезентацију Русије на Олимпијским играма 2000. године у Сиднеју где је Русија завршила на 8 месту. Касније је играо на Еуробаскету 2001. где је Русија завршила на 5. месту од 16 тимова. Једино учешће Кириленка на Светским првенствима било је 2002. године на Светском првенству у Индијанаполису где је Русија завршила на 10 месту од 16 тимова. Кириљенко је играо на укупно 5 Еуробаскета 2001.,2003.,2005.,2007. и 2011. године. Највећи успех је био 2007. на Европском првенству у Шпанији где је репрезентација Русије освојила златну медаљу а Кириљенко проглашен за најкориснијег играча првенства. На Еуробаскету 2011. у Литванији освојио је бронзану медаљу.