Fue ministro de Economía de la Nación Argentina entre los años 2013 y 2015 y se desempeñó como diputado nacional por la Ciudad de Buenos Aires entre 2015 y 2019. Desde el 11 de diciembre de 2019 es el gobernador de la provincia de Buenos Aires por la coalición Frente de Todos, actualmente Unión por la Patria.
Anteriormente había sido designado por la entonces presidenta Cristina Fernández de Kirchner como secretario de Política Económica y Planificación del Desarrollo del Ministerio de Economía y Finanzas Públicas. Fue subinterventor de YPF hasta la sanción de la Ley de Soberanía Hidrocarburífera y a partir de junio de 2012, luego de la recuperación de la empresa a manos del Estado, fue director titular de clase "A".
Como ministro de Economía fue parte de la planificación de políticas como el programa de asignaciones para jóvenes Progresar y el programa de control de precios Precios Cuidados; el acuerdo con la firma Repsol por la expropiación de YPF, la liberación de la compra de dólares para ahorro y tenencia de personas físicas y también el lanzamiento de una línea de créditos para pymes y grandes empresas, a través del FONDEAR.
Se desempeñó como docente de la Facultad de Ciencias Económicas de la Universidad de Buenos Aires (UBA) y es investigador adjunto del CONICET y también del Instituto de Investigaciones Económicas de la UBA.
Fue profesor de diversas asignaturas en la Facultad de Ciencias Económicas de la UBA. Fue profesor de Microeconomía I y II; Macroeconomía y Política Económica, Economía marxista; Macroeconomía II e Historia del Pensamiento Económico. Dio clases en la Facultad de Ciencias Sociales de la UBA y en la Escuela Superior de Comercio Carlos Pellegrini; la Universidad Nacional de Quilmes y la Universidad Nacional de General Sarmiento. A nivel de posgrado se desempeñó como profesor de Economía en la Maestría y Doctorado en Ciencias Sociales UNGS-IDES, del Instituto de Desarrollo Económico y Social. Fue profesor en la Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales (FLACSO), sede Argentina.
Es el segundo hijo de los tres del matrimonio del psicoanalista Daniel Kicillof y la psicóloga Nora Barenstein. Tiene dos hijos y está casado con la investigadora y Dra. en Letras, Soledad Quereilhac. En el fútbol es hincha del Club Atlético Boca Juniors.