Родилась 5 ноября 1934 г. в бессарабском селе Сороки, Молдова. Изучала филологию в МГУ, в 1959 г. окончила режиссерский факультет ВГИКа.
В 1961 г. стала режиссером на Одесской киностудии. Как сценарист и режиссер Муратова дебютировала в 1962 г., совместно с Александром Муратовым поставив короткометражный фильм У Крутого Яра, а через два года, с ним же, сняв полнометражную ленту Наш честный хлеб. Первыми своими фильмами Короткие встречи и Долгие проводы заявила о своем интересе к современной нравственной проблематике и неоднозначным человеческим характерам. Снялась в фильмах Опасные гастроли актриса, Посторонний / Жираф.
Среди наиболее заметных работ — Перемена участи и Астенический синдром.
В фильмах Киры Муратовой заявили о себе Владимир Высоцкий, Зинаида Шарко, Нина Русланова, Рената Литвинова.