Кирилл пошёл по стопам отца и поступил во ВГИК. Ещё во время учёбы Кирилл Столяров снялся в четырёх фильмах: «Сердце бьется вновь», «Повесть о первой любви», «Сверстницы», «Человек человеку». После окончания ВГИК были фильмы «Им было девятнадцать», «Жизнь сначала», «Последние залпы», «Спроси своё сердце», «Пётр Рябинкин».

С 1959 года Кирилл Столяров работал в Театре-студии киноактёра. Помимо работы в театре и кино много гастролировал с концертами, подготовил несколько сольных программ, в которых читал стихи Сергея Есенина. В конце 1980-х годов Столяров был назначен главным режиссёром Театра-студии киноактёра.

С 1991 года стал работать на телевидении, где в качестве автора и ведущего подготовил цикл передач «Актёры и судьбы» о выдающихся артистах отечественного кино, а также вёл рубрику «Минувшее» о лучших исторических фильмах, цикл программ «Андреевский флаг», приуроченный к 300-летию Русского флота, программу «Новый иллюзион».

Кирилл Сергеевич Столяров являлся советником руководителя Федеральной службы телевидения и радио России, президентом культурно-просветительного фонда имени Сергея Столярова. Фонд помогает актёрам, находящимся на пенсии.

Умер поздним вечером 11 октября 2012 года на 76-м году жизни. Похоронен на Ваганьковском кладбище в Москве.