Enfant de Jean-Baptiste Killy, un maître de ski suisse et de Marcelle Baud, une Française, il grandit à Saint-Cloud près de Paris. Son père ayant été tué dans la guerre, sa mère le ramène vivre en Savoie où il découvre les neiges des Alpes.
Dès ses 14 ans, il se fait remarquer lors de la Course internationale des juniors et est repéré par Georges Mauduit, un entraîneur français qui lui offrira une chance pour intégrer le Club des Sports de Courchevel, au cœur des Alpes.
De 1958 à 1963, Jean-Claude Killy remporte plusieurs titres nationaux et internationaux dans différentes disciplines du ski alpin : slalom géant, slalom et descente. Il participe également aux Jeux olympiques d'hiver de 1960 et de 1964 où il termine respectivement 7e, 2e et 1er.
En 1963, il remporte le titre de champion du monde en descente à Chamonix, en France. Il s'agit alors de son premier titre mondial mais non seulement : il sera également le seul athlète de l'histoire à remporter la Coupe du Monde et les Jeux olympiques en slalom géant et descente dans la même année 1968, à Grenoble.
Après sa carrière sportive, Jean-Claude Killy entame une carrière d'acteur, apparaissant notamment dans des films tels que "Les Tontons flingueurs" et "Les Aventures de Rabbi Jacob". Il est également parrain de l'événement annuel de ski acrobatique Freestyle.de Granby, au Canada.
Aujourd'hui, Jean-Claude Killy continue à travailler comme consultant pour la télévision sportive française Canal+ et pour son propre entreprise, "Killy Promotion". Il est également député européen pour l'Union pour un Mouvement Populaire (UMP) de 1994 à 2009.