A színész helyi idő szerint kedden este halt meg Los Angelesben, családja és barátai körében.
Lánya, Mercedes Kilmer közölte, hogy édesapja tüdőgyulladásban hunyt el.
Kilmernél 2014-ben diagnosztizáltak torokrákot, a betegség miatti műtétek következményeként elment a hangja, és többnyire gégemikrofonnal beszélt.
Az életéről szóló 2021-es dokumentumfilmben azt nyilatkozta, hogy sokszor viselkedett rosszul és bátran, vagy egyesek számára bizarr módon, de hozzátette, hogy éppen ezért tudta akár olyan belső tulajdonságait is a felszínre hozni, melyek másképpen nem bukkantak volna elő. "Áldott vagyok" - közölte.
Kilmer a rangos Julliard School növendéke volt. Az 1984-es Top Secret című filmmel lett ismert, ezt a kémparódiát olyan filmek követték, mint a Top Gun, a Tombstone, a Doors-film (melyben Jim Morrisont alakította), illetve az 1995-ös Szemtől Szemben, melyben olyan nagyságok mellett játszott, mint Al Pacino és Robert De Niro.
Kilmer a "method acting" híve volt, teljes mértékben átadta magát a szerepeinek, a Doors film forgatása alatt például arra kérte a stábtagokat, hogy csakis Jim Morrisonként szólítsák. Az a hír járta, hogy nehéz vele együtt dolgozni, és ezt soha nem is tagadta.
Karrierjének akadt mélypontja is, amikor a Joel Schumacher rendezte Batmanben játszotta a címszerepet Nicole Kidman oldalán. Később azt nyilatkozta, szerinte éppen a Batman jelmez miatt nem sikerült túl jól a film. "Alig lehet mozogni abban a jelmezben, az embereknek segíteniük kell felállni és leülni" - közölte.
Kilmer 1988-ban vette el Joanne Whalley angol színésznőt. Nyolc évig tartó házasságuk idején két gyermekük született, Mercedes és Jack.