Kirilenko oli ensiottelussaan 18. tammikuuta 1997 nuorin Venäjän superliigassa esiintynyt pelaaja. Venäjän maajoukkueessa hän pelasi Sydneyn kesäolympialaisissa 2000, jolloin maa oli kahdeksas ja Lontoossa 2012, jolloin Venäjä voitti pronssia. EM-kilpailuista Kirilenko voitti Venäjän maajoukkueessa kultaa vuonna 2007, jolloin hänet valittiin kisojen arvokkaimmaksi pelaajaksi, ja pronssia vuonna 2011.