Ukończył studia z finansów na poziome BA na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej. W 2007 uzyskał MA z zarządzania w biznesie w Harvard Business School, później został wykładowcą w centrum strategii ekonomicznych i konkurencyjnych powiązanym z Uniwersytetem Harvarda. Pracował jako menedżer w grupie McCain Foods i jako konsultant. Kierował też firmą biotechnologiczną ProWiotik oraz funduszem inwestycyjnym[2][3]. W 2018 razem ze swoim ojcem organizował akcję ratunkową himalaisty Bojana Petrowa[4].
W maju 2021 powołany na urząd ministra gospodarki w przejściowym gabinecie Stefana Janewa[5]. Sprawował go do września 2021, nie wchodząc w skład utworzonego wówczas kolejnego rządu technicznego i deklarując podjęcie działalności politycznej[6]. Wraz z Asenem Wasilewem współtworzył następnie nowe ugrupowanie pod nazwą Kontynuujemy Zmianę[7]. W październiku tegoż roku Sąd Konstytucyjny uznał dekret prezydenta o jego nominacji na ministra za niekonstytucyjny, wskazując, że polityk w tym czasie miał również kanadyjskie obywatelstwo. Kirił Petkow twierdził natomiast, że oświadczenie o jego zrzeczeniu się złożył przed wejściem w skład rządu[8].
W czerwcu 2022 partia ITN opuściła koalicję[15]; 22 czerwca tegoż roku parlament przegłosował wotum nieufności wobec rządu Kiriła Petkowa[16]. W parlamencie nie stworzono nowego porozumienia większościowego, na skutek czego prezydent Rumen Radew zarządził przedterminowe wybory i powołał rząd techniczny (od 2 sierpnia 2022)[17]. Kirił Petkow zakończył w konsekwencji pełnienie funkcji premiera.
W październiku 2022, kwietniu 2023, czerwcu 2024 i październiku 2024 z powodzeniem ubiegał się o poselską reelekcję[18][19][20][21].
