Val Edward Kilmer nació el último día del año 1959 en Los Angeles, California (Estados Unidos), hijo de Eugene Kilmer, un agente inmobiliario y de Gladis Kilmer. Creció en el Valle de San Fernando. Realizó secundaria en la Chatsworth High School, donde uno de sus compañeros era Kevin Spacey.

Estudió interpretación en el Hollywood Professional School y se convirtió en el estudiante más joven admitido en el departamento de arte dramático de Julliard’s Drama Program, a los 16 años y gracias a una beca. Su talento y su encanto le hizo destacar entre sus compañeros de escuela e interpretaba principalmente obras de William Shakespeare. En 1988 interpretó a "Hamlet" en el Colorado Shakespeare Festival. Comenzó a ser popular tras su interpretación en la obra "Slab Boys", que representó en Broadway al lado de Kevin Bacon y Sean Penn.

En 1984 hizo su debut cinematográfico con la comedia "Top Secret" (1984), en la que interpretaba a la estrella del rock Nick Rivers. Le siguieron, en los 80, filmes como "Escuela de genios" (1985) de Martha Coolidge, "Top Gun" (1986) de Tony Scott y protagonizada por Tom Cruise; o "Willow" (1988), un film dirigido por Ron Howard y co-protagonizado por Joanne Whalley, actriz con la que se casaría en 1998. Todos estos papeles le sirvieron de escalón para consolidarse y alcanzar la fama. Sin embargo fue su papel de Jim Morrison, el cantante de la banda que daría nombre a la película, "The Doors" (1991) de Oliver Stone, en donde se ganó su real reconocimiento.

Con posterioridad aparecería en películas como "Tombstone: La Leyenda De Wyatt Earp" (1993) de George Pan Cosmatos, junto a Kurt Russell; "Batman Forever" (1995) de Joel Schumacher, con Tommy Lee Jones y Nicole Kidman, entre otros; "Heat" (1995) de Michael Mann, con Robert De Niro y Al Pacinoo; o "El Santo" (1995) de Phillip Noyce. Además, puso su voz al personaje de Moisés en "El Principe De Egipto".
También actuó en películas como el thriller "Dinero Sucio" (2002), en el biopic de John Holmes "Wonderland", en "Desapariciones" (2003), película que volvió a hacerle coincidir con Ron Howard y Tommy Lee Jones, además de Cate Blanchett; "Cazadores De Mentes" (2004). Volvió a trabajar con Oliver Stone, junto a Colin Farrell, Angelina Jolie y Antonhy Hopkins en "Alejandro Magno " (2004), donde interpreta a Filipo, el padre de Alejandro. En 2006 pudo vérselo en "Deja Vu" (2006), film de acción con Denzel Washington como co-protagonista.

Val Kilmer es un actor muy prolífico, habiendo actuado en muchos films y series de televisión durante los últimos años.

En el campo productivo, pero esta vez para televisión, Val protagonizó el aclamado producto de HBO "El Hombre Que Rompió Mil Cadenas", por el que recibió una nominación a los premios Cable ACE. También ha rodado documentales, publicado libros de poesía y coescrito la obra teatral de "How It All Began" para el Public Theater.

En su vida personal, estuvo casado hasta 1996 con la actriz británica Joanne Whalley, a quien conoció en el set de filmación de "Willow" (1988). Juntos tuvieron 2 hijos, Mercedes, nacida en 1991 y Jack, nacido en 1996. Luego de su divorcio, Kilmer salió algun tiempo con la modelo Cindy Crawford. También se dice que mantuvo romances con Cher, Ellen Barkin y Drew Barrymore.