아나톨리아 셀주크 국가의 창건자인 술레이만의 아들로 태어났다. 어린 시절은 비잔티움과 셀주크의 국경 전쟁, 그리고 아나톨리아 전역에서 변화하는 튀르크계 동맹의 소용돌이 속에서 전개되었다.

술레이만은 알레포를 둘러싼 시리아 쟁탈전과 연관된 충돌 끝에 사망해 어린 후계자를 위태롭게 만들었다. 아나톨리아가 여러 튀르크 지휘관들에 의해 다투어지면서, 킬리지 아르슬란의 입지는 강대 세력의 보호에 좌우되었다.

부친 사후, 그는 아나톨리아에서 독자적 통치가 재개되는 것을 막기 위해 대셀주크의 보호 아래로 옮겨졌고, 말리크샤의 궁정에 머문 것으로 보인다. 이 시기는 셀주크의 국정 운영을 접하게 했지만, 권력 복귀를 늦추는 결과도 낳았다.

말리크샤의 죽음은 대셀주크 전역에 내전을 촉발해 아나톨리아에 대한 중앙 통제를 약화시켰다. 킬리지 아르슬란은 이 기회를 붙잡아 동방의 궁정을 떠나 룸에서 부친의 유산을 되찾기 위해 서쪽으로 돌아갔다.

아나톨리아로 돌아온 그는 니케아를 거점으로 자립해, 자치로 기울었던 튀르크계 아미르들 위에 권위를 다시 세웠다. 그의 궁정은 기동성 높은 기병 전력에 의존했고, 수입과 주둔을 안정시키기 위해 지역 유력자들과 협상적 합의를 병행했다.

규율이 무너진 민중 십자군이 아나톨리아로 넘어오자, 킬리지 아르슬란은 그들의 협조 부족과 보급 문제를 이용했다. 그는 치베토트 인근에서 이들을 궤멸시켜, 아나톨리아를 관통하려면 조직된 군대가 필요하다는 경고를 남겼다.

알렉시오스 황제와 연합한 대규모 십자군이 니케아를 포위해 킬리지 아르슬란의 기반을 차단했다. 구원 시도에도 불구하고, 호수에서의 비잔티움 해군 통제와 협공이 이어지자 그는 결국 철수할 수밖에 없었다.

도릴라이온에서 십자군의 중기병과 규율 잡힌 보병은 셀주크의 공격을 막아내며, 준비된 진형을 상대로 한 기습과 유격만으로는 한계가 있음을 드러냈다. 이후 그는 목초와 사료를 불태우고 보급선을 괴롭히는 방식으로 아나톨리아 전역에서 소모전을 전개했다.

십자군이 시리아로 이동한 뒤 아나톨리아는 여러 튀르크 세력으로 분열되었고, 특히 내륙의 덴마르크계가 강력했다. 킬리지 아르슬란은 전투와 협상을 병행하며 주요 교통로를 중심으로 일관된 셀주크 지배 구역을 복원하려 했다.

니케아를 사실상 잃은 뒤, 그는 더 깊은 내륙으로 권력을 옮겨 코니아를 방어와 행정의 실질적 수도로 삼았다. 그곳에서 기병 동원과 과세에 필수적인 도시와 목초지에 대한 통제를 재확립했다.

새로운 십자군 군대가 여러 차례 파도처럼 밀려오자, 킬리지 아르슬란은 지형과 수원 지식을 바탕으로 매복과 소모전을 조직했다. 메르지폰 인근에서 그는 대규모 부대를 붕괴시켜 1097년 이후 셀주크의 군사 역량이 회복되었음을 보여주었다.

같은 원정기 동안 그는 헤라클레이아 인근에서 행렬이 길게 늘어진 십자군을 타격해, 취약한 보급과 부족한 초지 이용을 파고들었다. 이 패배는 서방의 추가 침입 의지를 꺾었고, 아나톨리아 튀르크인들 사이에서 그의 정통성을 되살리는 데 기여했다.

십자군 압박이 줄어들자, 그는 상유프라테스와 연결되는 요새와 교역로를 장악하기 위해 동부 아나톨리아로 진출했다. 이러한 움직임은 덴마르크계의 야망과 충돌할 수밖에 없었고, 안전을 원하는 아르메니아 및 시리아 기독교 공동체들과의 관계도 복잡해졌다.

그는 모술을 둘러싼 권력 다툼에 뛰어들어, 자지라 지역의 위신과 수입을 확보하는 동시에 알레포의 리드완 같은 시리아의 셀주크 지배자들을 견제하려 했다. 잠시나마 도시를 손에 넣은 것은 그의 세력 상승을 알렸지만, 동시에 강한 지역적 반발을 불러왔다.

하부르 강 인근에서 적대 세력이 결집해 그에게 맞섰고, 그의 군대는 모술 장악 시도를 끝내는 결정적 패배를 당했다. 혼란스러운 퇴각 과정에서 그는 강을 건너려다 익사했으며, 왕위는 아들 메수드에게 넘어갔다.