En kneskade gjorde at Kielland i tyveårene måtte sitte i rullestol, og hun begynte da å male. Sin første undervisning fikk hun i hjembyen av Fanny Zeuthen. Først da hun var tretti år, i 1873, startet hun utdannelsen som elev av Hans Gude i Karlsruhe. Gude hadde sett Kiellands arbeid da han var på et familiebesøk i Stavanger i 1872. Yrkesvalget var ikke særlig populært i familien, men hun ble støttet av broren Alexander. Hun var elev hos Gude i to år. I 1875 reiste Kielland til München, der hun ble boende fram til 1878. I München delte hun leilighet med Harriet Backer. Hun fikk undervisning av Eilif Peterssen og delvis også av den tyske landskapsmaleren Herman Baisch. Eilif Peterssen ble senere – i 1888 – gift med Kittys søskenbarn Magda Kielland.