Кирилл Гребенщиков родился 22 июня 1972 года в Москве в семье известных актёров театра имени Станиславского, Юрия Сергеевича Гребенщикова и Натальи Орловой. Таким образом, дальнейшая судьба Кирилла была предоопределена ещё в детстве, хотя он и мечтал стать сначала стоматологом или таксистом. Семья проживала на Чистопрудном бульваре, и мальчиком Кирилл проводил очень много времени в театре, где работали его родители.
Отец будущего актёра трагически погиб, когда Кириллу было всего лишь 15 лет: он возвращался с вечера памяти В.Высоцкого и был сбит автомобилем, за рулём которого находился А.П. Межиров, известный в то время поэт. Этот поэт скрылся с места происшествия, не оказав отцу Кирилла необходимой помощи. Через три с половиной месяца Юрий Гребенщиков скончался от полученных трамв и ранений.
Это печальное событие перевернуло жизнь всей семьи Гребенщиковых.
В 1989 году Кирилл поступил в Школу-студию МХАТ, где отучился два года на постановочном факультете. В 1991 году перешёл на актёрский факультет, после окончания которого стал сначала актёром театра имени Станиславского, а затем некоторое время работал в МТЮЗе - Московском театре юного зрителя. В 1997 году Кирилл стал работать в Школе драматического искусства у режиссёра Анатолия Васильева, где проработала девять лет.
В кино стал сниматься достаточно поздно - в 34 года. Первую свою эпизодическую роль юнкера он сыграл в Сибирском цирюльнике Никиты Михалкова в 1997 году. На сегодняшний день у актёра уже 52 сыгранные кинороли.
Кирилл Гребенщиков давно и удачно женат. Жену зовут Ольгой. В браке родилась дочь Полина в 1994 году, которая в настоящее время является студенткой ВГИКа имени Герасимова.
Подробности биографии Кирилла Гребенщикова можно узнать вот здесь и из его интервью.