Nikolaus Karl Günther Nakszynski néven 1926. október 18-án született a kelet-poroszországi Zoppotban (ma: Sopot, Lengyelország). Apja lengyel származású patikus, édesanyja egy német lelkipásztor lánya volt. A család nem sokkal később Berlinbe költözött, fiuk itt járta ki iskoláit. A második világháború alatt, 1943-ban besorozták, de gyorsan hadifogságba esett, a háború hátralévő részét angol fogolytáborban töltötte. Az itteni műkedvelő előadások alatt fedezte fel színészi tehetségét, színészi tanulmányokat soha nem folytatott.

Szabadulása után Klaus Kinski néven vidéki, majd berlini színházakban lépett föl Rimbaud, Byron, Shakespeare és Villon költeményeit szavalva. Leghíresebb színpadi szerepe Dosztojevszkij Miskin hercege volt a Félkegyelműben, húsz verslemeze is megjelent. 1971-ben egyszemélyes "Jézus-turnéra" indult, de mivel a Megváltót pszichopata kalandornak ábrázolta, a botrányok miatt a sorozat idő előtt félbeszakadt, ő pedig többé nem lépett színpadra.

Első főszerepét 1955-ben a Hanussen című filmben kapta, s összességében több mint 130 filmben szerepelt, ezek között vannak feledhető és ma már klasszikusnak számító alkotások is.

Legnagyobb sikereit Werner Herzoggal aratta, a rendezőt még tizenévesen ismerte meg, amikor a Herzog család müncheni házában lakott. Együttműködésük öt emlékezetes filmet eredményezett: Aguirre, Isten haragja (1972), Nosferatu, az éjszaka fantomja (1978), Woyzeck (1979), Fitzcarraldo (1981) és Cobra Verde (1987). Kapcsolatuk bonyolult volt, s csak egy dologban értettek egyet: mindketten meg voltak győződve saját zsenialitásukról. A forgatások nem egyszer tettlegességbe torkolló személyes és szakmai vitáik miatt legendásan rossz légkörben zajlottak, Kinski egyszer haza is utazott és csak akkor tért vissza, amikor Herzog megfenyegette: utána megy és lelövi. A filmet ugyan befejezték, de soha többé nem dolgoztak együtt, a színész önéletrajzában mindössze húsz oldalt szentelt Herzognak.

Kinskit szerepválasztásaiban csakis az anyagiak vezették. Magát prostituáltnak tartotta, aki pénzért bocsátja áruba testét: Federico Fellinit például visszautasította, mert egy méltán elfeledett filmért nagyobb gázsit kapott. 1981-ben nemet mondott Steven Spielbergnek is, aki Az elveszett frigyláda fosztogatóiban őt szemelte ki náci főgonosznak, mert a forgatókönyvet silánynak, az ajánlott pénzt túl kevésnek minősítette. A ritka kivételek közé tartozott a Doktor Zsivágó vagy a Sergio Leone rendezte Egy maréknyi dollárért című western. Kinski maga is próbálkozott a kamera másik oldalán, Paganini címmel rendezett filmet, amelynek főszerepét is ő alakította – a téma közel állt hozzá, mert magát az olasz hegedűművész reinkarnációjának tartotta.

Háromszor nősült és mindegyik házassága válással végződött. Első feleségétől egy lánya született, akit – mint az nemrég kiderült – ötéves korától molesztált. Második felesége mindössze húszéves volt, amikor 1960-ban elvette, e frigy gyümölcse a szintén színész Nastassja. A lány soha nem titkolta lesújtó véleményét apjáról, akiben megszállott, megalomán, anyjának csak szenvedést okozó egoistát látott, még Kinski nevét is megpróbálta megváltoztatni. A színész harmadik feleségével, egy 19 éves vietnami egyetemista lánnyal 1969-ben házasodott össze, kapcsolatukból született egyetlen fia, aki szintén színész lett.

Kinski 1980-ban az Egyesült Államokba költözött, nem sokkal később megkapta az amerikai állampolgárságot. 1981-ben tőle addig távol álló komikus szerepet játszott Billy Wilder Haver, haver című vígjátékában, utolsó jelentős szerepét a Nosferatu Velencében című horrorfilmben kapta. Klaus Kinski 1991. november 23-án halt meg a San Fransisco melletti Lagunitában szívroham következtében. Hamvait a Csendes-óceánba szórták, családjával addigra már annyira megromlott kapcsolata, hogy temetésén csak fia volt jelen.

Különcségéről számtalan legenda kering: egy színházi előadáson nem találta elég érdeklődőnek a nézőket, ezért nemtetszése kifejezéseként közéjük vágta az asztalon égő gyertyatartót. Nagy vihart kavart erotikus részletekben bővelkedő memoárja, amelyet Megőrülök a földieper alakú szádért címmel 1975-ben publikált. 1987-ben – pornográf részletei miatt – újabb nagy botrányt okozó önéletrajzot adott ki, ezt jogi problémák miatt vissza kellett vonni a boltokból. Werner Herzog, akivel ellentmondásos volt a kapcsolata, halálakor így nyilatkozott róla: "A mozi nagy alakja távozott közülünk, az egyetlen zseni, akivel találkoztam. A század egyik legnagyobb színésze, ugyanakkor egy szörnyeteg volt." A rendező 1999-ben Legkedvesebb ellenségem címmel dokumentumfilmet készített Kinskiről.