Kelly Reilly estuvo nominada para un premio Olivier como Mejor Actriz 2004 por su papel en la obra Alter Miss Julie. Otros trabajos notables en teatro incluyen Elton John's Glasses, The London Cuckolds (Royal Nacional Theatre) y The Graduate (una producción West End con Kathleen Turner), Three Sisters (Tour/West End) dirigida por Dominic Dromgoole. Kelly también apareció en la producción en Chicago de Sexual Perversity in Chicago dirigida por Lindsay Posner.

El trabajo de Reilly en la gran pantalla incluye Maybe Baby de Ben Elton, papeles principales en Peaches, y la aclamada Una casa de locos de Cedric Klapisch (con Autrey Tautou). Reilly ha trabajado asimismo en Last Orders de Fred Schepisi. Recientemente ha concluído Las muñecas rusas de Cedric Klapisch, Orgullo y Prejuicio y la próxima película de Stephen Frears Mrs. Henderson Presents.

Su trabajo televisivo incluye The Safe House, Prime Suspect, Simisola, Poldark, Bramwell, Rebecca, Wonderful You, Sex and Death, Pie In the Sky, Children of the New Forest y Tom Jones.