С 2008 по 2012 год Кимберли Хилл училась в Университете Пеппердайна и выступала на местную волейбольную команду «Pepperdine Waves». В 2012 и 2013 годах играла в пляжный волейбол, потом приняла решение сконцентрироваться на классическом волейболе и в том же году дебютировала в составе национальной сборной США, где стала игроком стартового состава и завоевала серебро на Всемирном Кубке чемпионов в Японии.
На чемпионате мира 2014 года, который прошел в Италии, американки впервые в истории стали чемпионками, обыграв в финальной игре китаянок со счётом 3:1. Хилл была главной ударной силой сборной, в финальной игре она стала самым результативным игроком, набрав 20 очков, из которых 19 — в атаке. По результатам турнира Кимберли не только вошла в символическую сборную вместе с китайской доигровщицей Чжу Тин, но и выиграла приз самому ценному игроку.
На Олимпийских играх 2016 года американки дошли до полуфинала, где уступили в пяти сетах сборной Сербии. Эту игру Хилл провела неудачно, набрав всего два очка, зато в матче за 3-е место она вновь стала лучшей в своей сборной, набрав 19 очков, чем помогла американкам обыграть в четырёх сетах сборную Нидерландов и завоевать бронзовые медали.
На перенесённых из-за пандемии коронавирусаОлимпийских играх с 2020 на 2021 год стала олимпийской чемпионкой в составе своей сборной, американки разгромили в финале бразильянок со счётом 3:0 и впервые в истории выиграли женский олимпийский турнир.
После олимпийского триумфа Хилл объявила о завершении игровой карьеры. В том же году назначена тренером команды университета штата Калифорния в Лонг-Биче.