Po raz pierwszy międzynarodowa publiczność dostrzegła go w apokaliptycznym horrorze Danny'ego Boyle'a – "28 dni później" (2002), w którym wcielił się w chorobliwie chudego młodego chłopaka, walczącego z hordą spragnionych ludzkiego ciała zombie oraz ze zbuntowanymi żołnierzami. Jednak przed kamerą Cillian, najstarszy z czworga dzieci nauczycielki francuskiego i kuratora szkolnego, występuje już od 1997 r.

Z aktorstwem zetknął się jeszcze w trakcie nauki w Presentation Brothers College Cork. Codziennie wiele godzin spędzał na grze w szkolnej drużynie rugby oraz w książkach. Długo marzył o karierze prawniczej. Jednak na czwartym roku, dla zabicia czasu, postanowił zapisać się na weekendowe warsztaty teatralne w Concordia Theatre. Miała to być tylko zabawa, ale, nim się spostrzegł, przerodziła się w pasję i odwróciła do góry nogami jego dotychczasowe życie.

Właśnie w Concordia Theatre Cillian odniósł swój pierwszy sukces. Główna kreacja męska w sztuce "Disco Pigs", którą z powodzeniem powtórzył kilka lat później na dużym ekranie w obrazie Kirsten Sheridan, przyniosła mu bardzo pochlebne recenzje. Odbył z nią nawet tournee po miastach Wielkiej Brytanii. Dzięki niej szybko też zaczął otrzymywać propozycje nowych ról teatralnych oraz telewizyjnych. W końcu definitywnie zrezygnował z prawa i porzucił rozpoczęte na University College Cork studia w tym kierunku.

Przed kamerą zadebiutował w 1997 r. w krótkometrażówce "Quando" Declana Recksa, opowieści o trzech przyjaciołach, którzy szukają sensu życia, miłości i szczęścia. Rok później pojawił się w pełnometrażowej produkcji "The Tale of Sweety Barrett" Stephena Bradleya. W 1999 r. można go już było zobaczyć aż w czterech produkcjach, w tym w dwóch krótkometrażówkach oraz dramacie wojennym "The Trench" Williama Boyda i komedii "Sunburn" Nelsona Hume'a. Krytyka przychylnie przyjęła jego interpretację postaci zagubionego nastolatka w dramacie "Na krawędzi" (2001) Johna Carneya. W ciągu kilku lat Murphy zyskał na Wyspach status jednego z najbardziej obiecujących aktorów młodego pokolenia. Jednak to dopiero sukces "28 dni później" i nominacje do statuetek MTV (dla najlepszego aktora oraz przełomowy występ transatlantycki) oraz Stowarzyszenia Krytyków Sieciowych sprawiły, iż jego twarz poznało Hollywood. Zaowocowało to oczywiście nowymi ofertami, tym razem z obu stron oceanu.

Od tej pory Murphy dzieli swój czas między występy sceniczne oraz filmowe – i to zarówno w USA, jak i w Wielkiej Brytanii oraz Irlandii. W "Dziewczynie z perłą" (2003) Petera Webbera wcielił się w Pietera, prostego syna rzeźnika, który zaleca się do głównej bohaterki (Scarlett Johansson), piękności, która zainspirowała Johannesa Vermeera. W "Batman – Początek" (2005) Christophera Nolana zagrał z kolei jednego z antagonistów szlachetnego superbohatera – doktora Jonathana Crane'a. W zauważonym przez Amerykańską Akademię Filmową "Wzgórzu nadziei" (2003) niewielki epizod powierzył mu Anthony Minghella. W niebezpiecznego mordercę wcielił się w "Red-Eye" (2005) Wesa Cravena. Ostatnio na swój plan zaprosili go także Ken Loach, Neil Jordan oraz, ponownie, Danny Boyle.

Cillian ciągle z przyjemnością wraca na scenę. Teatromani mogą go podziwiać zarówno w klasycznym szekspirowskim repertuarze, jak i w inscenizacjach bardziej współczesnych (m.in. w "Mewie" oraz "The Playboy of the Western World"). Kusi go także druga strona kamery. Jest współautorem scenariusza filmu krótkometrażowego – "The Watchmen" w reżyserii Palomy Baeza. Nie odrzuca myśli, iż któregoś dnia spróbuje swoich sił jako reżyser. Po aktorstwie jego inną wielką miłością jest muzyka. Grywał nawet na gitarze w zespole Sons of Mr. Greengenes, którego powstanie zainspirowała postać Franka Zappy.

W 2004 r. poślubił Yvonne. Para mieszka w Londynie.