Nació como hijo de Suleimán ibn Kutalmish, fundador del dominio selyúcida de Anatolia que más tarde sería conocido como el Sultanato de Rum. Sus primeros años transcurrieron entre guerras fronterizas bizantino-selyúcidas y alianzas túrquicas cambiantes en Anatolia.

Suleimán ibn Kutalmish murió tras una confrontación vinculada a la lucha por Siria en torno a Alepo, dejando vulnerable a su joven heredero. Con Anatolia disputada por comandantes túrquicos rivales, la posición de Kilij Arslan dependía de la protección de grandes potencias.

Tras la muerte de su padre, Kilij Arslan quedó bajo custodia del Gran Imperio Selyúcida, probablemente en la corte de Malik Shah I, para impedir un gobierno anatolio independiente. El cautiverio lo expuso a la administración selyúcida, pero también retrasó su regreso al poder.

La muerte de Malik Shah I desencadenó una guerra civil en todo el Gran Imperio Selyúcida, debilitando el control central sobre Anatolia. Kilij Arslan aprovechó la oportunidad para abandonar la corte oriental y recuperar la herencia de su padre en Rum.

De vuelta en Anatolia, se estableció en Nicea y reconstruyó su autoridad sobre emires túrquicos que habían derivado hacia la autonomía. Su corte se apoyó en fuerzas de caballería móvil y en acuerdos negociados con élites locales para estabilizar ingresos y guarniciones.

Cuando la indisciplinada Cruzada Popular cruzó hacia Anatolia, Kilij Arslan explotó su falta de coordinación y de suministros. Sus fuerzas los aniquilaron cerca de Civetot, enviando la advertencia de que Anatolia requería ejércitos organizados para ser penetrada.

Un gran ejército cruzado aliado con el emperador Alejo I Comneno sitió Nicea, cortando la base de Kilij Arslan. Pese a intentar socorrer la ciudad, el control naval bizantino del lago y los asaltos coordinados lo obligaron a retirarse.

En Dorilea, la caballería pesada cruzada y la infantería disciplinada repelieron los ataques selyúcidas, mostrando los límites del hostigamiento de golpe y fuga contra formaciones preparadas. Kilij Arslan adoptó entonces estrategias de negación, quemando forraje y acosando las líneas de abastecimiento a través de Anatolia.

Tras el avance de los cruzados hacia Siria, Anatolia se fragmentó entre poderes túrquicos, especialmente los danisméndidas del interior. Kilij Arslan combatió y negoció con ellos, buscando restaurar una zona selyúcida coherente de control en torno a las rutas centrales.

Con Nicea prácticamente perdida, concentró el poder más al interior de Anatolia, haciendo de Konya una capital práctica para la defensa y la administración. Desde allí reafirmó el control sobre ciudades y pastizales esenciales para la movilización de la caballería y la recaudación fiscal.

Nuevos ejércitos cruzados llegaron en oleadas, pero Kilij Arslan coordinó emboscadas y desgaste gracias a su conocimiento del terreno y de las fuentes de agua. Cerca de Merzifon, sus fuerzas destrozaron un gran contingente, demostrando la renovada capacidad selyúcida en Anatolia tras 1097.

Continuando la campaña, golpeó a otra fuerza cruzada cerca de Heraclea Cybistra, aprovechando sus columnas estiradas y el forraje limitado. La derrota desalentó nuevas incursiones occidentales y ayudó a Kilij Arslan a re-legitimar su gobierno entre los túrquicos de Anatolia.

Con la presión cruzada reducida, Kilij Arslan avanzó hacia el este de Anatolia para controlar fortalezas y corredores comerciales que conectaban con el alto Éufrates. Estos movimientos chocaron inevitablemente con las ambiciones danisméndidas y con comunidades armenias y siríacas que buscaban seguridad.

Entró en la disputa por Mosul para asegurar prestigio e ingresos de la Jazira, a la vez que contrarrestaba a gobernantes selyúcidas sirios como Ridwan de Alepo. La toma temporal de la ciudad señaló un ascenso de poder, pero también provocó una intensa oposición regional.

Sus oponentes se unieron contra él cerca del río Jabur, y su ejército sufrió una derrota decisiva que puso fin a su intento de controlar Mosul. Durante la retirada caótica, se ahogó al intentar cruzar un río, dejando la sucesión a su hijo Mesud I.