Herečka pochází z umělecké rodiny. Její otec je dramatik, matka herečka. Nepřekvapí proto, že Keira chtěla také stanout na prknech, která znamenají svět. Zpočátku jí v tom bránila vrozená dyslexie, tu se jí však podařilo překonat a již v dětství získala své první role. V roce 1999 si zahrála v hollywoodském trháku Star Wars: Epizoda I - Skrytá hrozba, bohužel však jen dvojnici Natalie Portmanové. V posledních letech je už Knightleyová zvyklá být tou hlavní hvězdou, a to nejen ve filmu, ale i v modelingu.

Od roku 2013 je vdaná za hudebníka z britské rockové skupiny The Klaxons Jamese Rightona. Kvůli své velmi štíhlé postavě čelila Knightleyová opakovaně podezření, že trpí poruchou příjmu potravy.