Kirilenko est sélectionné en 1999 au premier tour de la draft de la NBA par le Jazz de l'Utah. Il est également l'un des joueurs majeurs de la sélection de Russie, obtenant avec celle-ci un titre européen, lors du Championnat d'Europe 2007 et une médaille de bronze lors de l'édition de 2011, et une médaille de bronze lors des Jeux olympiques de 2012 à Londres.