Er wurde als Sohn von Sulaiman ibn Kutalmisch geboren, dem Begründer des anatolischen seldschukischen Herrschaftsraums, der später Sultanat der Rum genannt wurde. Seine frühen Jahre verliefen im Umfeld byzantinisch-seldschukischer Grenzkriege und wechselnder turkischer Bündnisse in Anatolien.

Sulaiman ibn Kutalmisch starb nach einer Konfrontation, die mit dem Ringen um Syrien im Raum Aleppo verbunden war, und hinterließ seinen jungen Erben in einer gefährlichen Lage. Da Anatolien von rivalisierenden turkischen Befehlshabern umkämpft war, hing Kılıç Arslans Stellung vom Schutz großer Mächte ab.

Nach dem Tod seines Vaters kam Kılıç Arslan unter die Obhut der Großseldschuken, vermutlich an den Hof Malik-Schahs I., um eine unabhängige Herrschaft in Anatolien zu verhindern. Die Gefangenschaft brachte ihm Einblicke in seldschukische Staatspraxis, verzögerte jedoch seine Rückkehr an die Macht.

Der Tod Malik-Schahs I. löste im Großseldschukenreich Bürgerkrieg aus und schwächte die zentrale Kontrolle über Anatolien. Kılıç Arslan nutzte die Gelegenheit, den östlichen Hof zu verlassen und das Erbe seines Vaters im Reich der Rum zurückzufordern.

Zurück in Anatolien setzte er sich in Nikaia fest und baute seine Autorität über turkische Emire wieder auf, die in Richtung Eigenständigkeit abgedriftet waren. Sein Hof stützte sich auf bewegliche Reiterverbände und auf ausgehandelte Abmachungen mit lokalen Eliten, um Einnahmen und Garnisonen zu stabilisieren.

Als der schlecht disziplinierte Volkskreuzzug nach Anatolien eindrang, nutzte Kılıç Arslan deren mangelnde Koordination und Versorgung aus. Seine Truppen vernichteten sie bei Civetot und machten deutlich, dass Anatolien nur von gut organisierten Heeren zu durchdringen war.

Ein großes Kreuzfahrerheer, verbündet mit Kaiser Alexios I. Komnenos, belagerte Nikaia und schnitt Kılıç Arslans Machtbasis ab. Trotz Versuchen, die Stadt zu entsetzen, zwangen byzantinische Kontrolle über den See und koordinierte Angriffe ihn zum Rückzug.

Bei Doryläum hielten schwere Kreuzfahrerreiterei und disziplinierte Infanterie die seldschukischen Angriffe stand und zeigten die Grenzen von Überfall- und Rückzugstaktiken gegen vorbereitete Formationen. Kılıç Arslan setzte daraufhin auf Verweigerungsstrategien, ließ Futter verbrennen und bedrängte die Nachschublinien durch Anatolien.

Nachdem die Kreuzfahrer nach Syrien weitergezogen waren, zerfiel Anatolien in Herrschaftsräume turkischer Mächte, besonders der Danischmenden im Inneren. Kılıç Arslan kämpfte und verhandelte mit ihnen, um eine zusammenhängende seldschukische Kontrollzone entlang zentraler Routen wiederherzustellen.

Da Nikaia faktisch verloren war, verlegte er das Machtzentrum tiefer nach Anatolien und machte Konya zu einer praktischen Hauptstadt für Verteidigung und Verwaltung. Von dort aus stellte er die Kontrolle über Städte und Weidegebiete wieder her, die für Reitermobilisierung und Besteuerung entscheidend waren.

Neue Kreuzfahrerheere trafen in Wellen ein, doch Kılıç Arslan koordinierte Hinterhalte und Zermürbung, gestützt auf Gelände- und Wasserkenntnis. Bei Merzifon zerschlugen seine Truppen ein großes Kontingent und zeigten damit die erneuerte seldschukische Schlagkraft nach 1097.

Im weiteren Verlauf der Feldzugssaison schlug er eine weitere Kreuzfahrertruppe bei Herakleia, indem er ihre auseinandergezogenen Marschkolonnen und die knappe Versorgung ausnutzte. Die Niederlage entmutigte weitere Vorstöße aus dem Westen und half Kılıç Arslan, seine Herrschaft unter den anatolischen Türken neu zu legitimieren.

Nachdem der Kreuzfahrerdruck nachließ, stieß Kılıç Arslan nach Ostanatolien vor, um Festungen und Handelsrouten zum oberen Euphrat zu kontrollieren. Diese Schritte kollidierten unvermeidlich mit den Ambitionen der Danischmenden sowie mit lokalen armenischen und syrischen Gemeinden, die Sicherheit suchten.

Er mischte sich in den Machtkampf um Mossul ein, um Ansehen und Einnahmen aus der Dschazira zu gewinnen und zugleich seldschukischen Herrschern in Syrien wie Ridwan von Aleppo entgegenzutreten. Die kurzzeitige Einnahme der Stadt signalisierte wachsende Stärke, provozierte jedoch heftigen regionalen Widerstand.

Gegner schlossen sich bei dem Fluss Chabur gegen ihn zusammen, und sein Heer erlitt eine entscheidende Niederlage, die seinen Vorstoß auf Mossul beendete. Während des chaotischen Rückzugs ertrank er beim Versuch, einen Fluss zu durchqueren, und hinterließ die Nachfolge seinem Sohn Masud I.