Cillian è diventato famoso in patria nel 1996 grazie all'interpretazione di 'Pig' nello spettacolo teatrale "Disco Pigs" , vincitore del Best Fringe Show al Dublin Theatre Festival e il Fringe First Award all'Edinbourgh Festival. In seguito ha lavorato con il regista Garry Hynes in "The Country Boy" e "Juno and the Paycock". Nel 1998 ha fatto parte del cast della fiction per la BBC "The Ambassador". Ha debuttato nel mondo del cinema nel 1997 con "Quando" di Declan Recks, cui fanno seguito diversi film mai distribuiti in Italia, tra cui la versione cinematografica dello stesso "Disco Pigs" (2001) diretto da Kirsten Sheridan. Nel 2001 è stato uno dei protagonisti del film "Come Harry divenne un albero" di Goran Paskaljevic, presentato in concorso alla 58ma Mostra di Venezia. Nel 2003 è nel cast di "La Ragazza con L'orecchino di Perla" di Peter Webber, accanto a Scarlett Johansson e Colin Firth. Nel 2003 è protagonista della commedia noir "Intermission" di John Crowley accanto a Colin Farrell. Ultimamente ha interpretato il cattivo Dott. Jonathan Crane in "Batman Begins", e l'affascinante quanto pericoloso Jackson Rippner nella pellicola "Red Eye" di Wes Craven. Nel 2006 infine ha lavorato nella pellicola di Neil Jordan "Breakfast on Pluto" e nella pellicola "Il vento che accarezza l'erba" (2006) vincitore della Palma D'Oro al 59mo Festival di Cannes. Ultimamente è uno dei protagonisti del film "Sunshine" (2006) diretto da Danny Boyle.