Jens Kilian wurde in Dresden geboren. Nach einer mehrjährigen Szenenbildassistenz bei den DEFA-Studios in Babelsberg studierte er von 1979 bis 1984 an der Kunsthochschule Berlin-Weißensee. Von 1985 bis 1990 war er als Bühnenbildassistent an der Deutschen Oper Berlin beschäftigt, später wechselte er als Ausstattungsleiter an die Bühnen der Stadt Köln. Seit 1993 arbeitet er als Bühnenbildner an zahlreichen renommierten Theatern in Deutschland, Österreich und der Schweiz. Unter anderem war er am Deutschen Schauspielhaus in Hamburg, am Wiener Burgtheater, an der Stuttgarter Staatsoper sowie an der Komischen Oper Berlin tätig. Dabei arbeitete er an der Seite von Regisseuren wie Christoph Nel, Dimiter Gotscheff und Joachim Schlömer. Im Jahr 1996 brachte er als Regisseur, Bühnen- und Kostümbildner das Opernprojekt PROMETHEUR VI am Opernhaus Nürnberg zur Aufführung.
Aus seiner engen Zusammenarbeit mit Jossi Wieler sind mehrere Inszenierungen an den Kammerspielen hervorgegangen, die zum Teil auch zum Theatertreffen eingeladen wurden.