קימיך שיחק בקבוצות הנוער של שטוטגרט לפני שהצטרף לקבוצת ר.ב. לייפציג ביולי 2013, עם אופציה לרכישה מחדש על ידי שטוטגרט. הוא ערך בכורה במשחק של רד בול לייפציג בליגה השלישית מול אונטרהאכינג ב-28 בספטמבר2013, ואת שערו הראשון הבקיע כחודשיים אחר כך בניצחון על זארבריקן.
באיירן מינכן
ב-2 בינואר2015 אישר קימיך את הצטרפותו לבאיירן מינכן בקיץ תמורת שבעה מיליון אירו, וחתם על חוזה לחמש שנים. קימיך השתלב עד מהרה בקבוצה של פפ גווארדיולה, ושיחק בעיקר בתפקיד הקשר האחורי. על אף גילו הצעיר וחוסר הניסיון, קימיך זכה לקרדיט רב מגווארדיולה כבר בעונתו הראשונה בקבוצה, ופתח אף במשחקים מכריעים בליגת האלופות ובגביע הגרמני. בתום עונת 2015/16 זכה קימיך עם באיירן מינכן בדאבל. בספטמבר 2016 הבקיע קימיך את שערי הבכורה שלו הן בבונדסליגה, בניצחון 0–2 על שאלקה 04, והן בליגת האלופות, כאשר הבקיע צמד נגד רוסטוב בניצחון 0–5. בעונת 2016/17 עבר קימיך לתפקיד מעט יותר התקפי תחת המאמן קרלו אנצ'לוטי, והדבר התבטא בהבקעה ובישול של מספר שערים. בתום עונה זו, זכה קימיך עם באיירן מינכן באליפות הבונדסליגה, אך הודח עם הקבוצה מול ריאל מדריד ברבע גמר ליגת האלופות, ומול בורוסיה דורטמונד בחצי גמר הגביע הגרמני.
בעונת 2017/18 קימיך המשיך להיות בורג חשוב בהגנה של באיירן מינכן, ושיתף פעולה עם שחקנים כג'רום בואטנג, ניקלאס זולה, מאטס הומלס ודוד אלאבה. קימיך זכה עם באיירן מינכן באליפות באותה עונה, והגיע עם הקבוצה לחצי גמר ליגת האלופות מול ריאל מדריד. קימיך הבקיע לבאיירן מינכן שער יתרון במשחק הראשון באליאנץ ארנה, אותו באיירן הפסידה בתוצאה 1–2. קימיך הבקיע במשחק הגומלין בסנטיאגו ברנבאו שער מהיר, במשחק שהסתיים בתוצאה 2-2, תוצאה שהביאה להדחתה של באיירן מינכן מהמפעל. קימיך פתח בהרכב בגמר הגביע הגרמני, בו הפסידה באיירן 1–3 לאיינטרכט פרנקפורט. את עונת 2018/19 קימיך פתח עם זכייה בסופר קאפ הגרמני לאחר ניצחון 0–5 בגמר על איינטרכט פרנקפורט. בעונה זו, לא החמיץ קימיך אפילו דקת משחק אחת במשחקי הבונדסליגה, וזכה עם באיירן באליפות וגם בגביע הגרמני, לאחר ניצחון 0–3 בגמר על ר.ב. לייפציג. עם זאת, באיירן וקימיך הודחו כבר בשמינית גמר ליגת האלופות על ידי ליברפול. המשחק הראשון בין שתי הקבוצות הסתיים בתיקו 0–0 באצטדיון אנפילד, אך קימיך ספג כרטיס צהוב במשחק זה, שמנע ממנו להשתתף במשחק הגומלין, בו ניצחה ליברפול 1–3 באליאנץ ארנה. בעונת 2019/20 קימיך המשיך להיות בורג משמעותי בקבוצה, אך עבר לשחק בעיקר בעמדת הקשר האחורי, כאשר בנז'מן פבאר הפך למגן הימני הקבוע של הקבוצה. קימיך זכה בעונה זו בדאבל שני ברציפות, ובישל שער לסרז' גנאברי בגמר הגביע הגרמני, בו ניצחה באיירן 2–4 את באייר לברקוזן. קימיך המשיך להיות שחקן מפתח גם בחודש אוגוסט 2020 בשלבי ההכרעה של ליגת האלופות שנדחו בגלל התפרצות מגפת הקורונה, שיחק 90 דקות ובישל את שער הניצחון לקינגסל קומאן שהעלה את קבוצתו ל-0–1 על פריז סן ז'רמן בגמר ליגת האלופות 2020, שהשלים לבאיירן מינכן זכייה בטרבל.
קריירה בינלאומית
קימיך שיחק בכל נבחרות הנוער של גרמניה, ואף זכה עם הנבחרת הגרמנית באליפות אירופה עד גיל 19 שהתקיימה בשנת 2014 בהונגריה. בהמשך שיחק קימיך גם בנבחרת גרמניה בכדורגל עד גיל 21. בזכות יכולתו בבאיירן מינכן, קימיך זומן במאי 2016 לסגל נבחרת גרמניה ליורו 2016 על אף שעד אז לא ערך הופעות קודמות בנבחרת הבוגרת. החל מהמשחק השני של נבחרת גרמניה בשלב הבתים, קימיך הפך למגן הימני הקבוע של נבחרת גרמניה ביורו 2016, והפגין יכולת גבוהה מאוד בטורניר, כאשר גרמניה ספגה רק שער אחד במהלך הטורניר עד לחצי הגמר. ברבע הגמר מול נבחרת איטליה, הבקיע קימיך את הפנדל שלו בדו-קרב הפנדלים, וסייע לגרמניה להעפיל לחצי הגמר מול נבחרת צרפת. בחצי הגמר, איבד קימיך כדור שהוביל לשער השני של נבחרת צרפת, שניצחה 0–2 והעפילה לגמר. למרות זאת, קימיך נכלל בתום הטורניר בנבחרת מצטייני יורו 2016 של אופ"א.
במאי 2018 זומן קימיך לסגל הגרמני למונדיאל 2018. קימיך פתח בהרכב בכל שלושת המשחקים של נבחרת גרמניה במונדיאל, בהם הפסידה 0–1 לנבחרת מקסיקו, ניצחה 1–2 את נבחרת שוודיה, והפסידה 0–2 לנבחרת דרום קוריאה. קימיך וגרמניה הודחו מהמונדיאל כבר בתום שלב הבתים.
