Dcéru Mercedes mal herec s bývalou manželkou Joanne Whalley. Kilmer dlhé roky bojoval so zdravotnými problémami. V roku 2014 mu diagnostikovali rakovinu hrdla, ktorá poznačila jeho život aj kariéru.
V snahe poraziť chorobu podstúpil rádioterapiu, chemoterapiu a tracheostómiu – zákrok, ktorý mu síce pomohol dýchať, no natrvalo mu poškodil hlasivky a zmenil jeho charakteristický hlas.
Podľa AP jedným z vrcholov jeho kariéry bolo stvárnenie Batmana vo filme od Joela Schumachera Batman navždy. Rolu prevzal od Michaela Keatona a vo filme účinkoval spolu s Nicole Kidman, Tommym Lee Jonesom alebo Jimom Carreym. Film mal napriek úspechu zmiešané hodnotenia a Kilmer už Batmana druhýkrát nestvárnil. V nasledujúcej snímke z Batman a Robin z roku 1997 ho nahradil George Clooney.
Jednou z jeho najikonickejších rolí bol pilot Tom „Iceman“ Kazanský, rival Petea “Mavericka” Mitchella v podaní Toma Cruisa vo filme Top Gun (1986). Úlohu pôvodne odmietal. V memoároch napísal, že „na filme mu nezáležalo a príbeh ho nezaujímal.“ Súhlasil po prísľube, že jeho rola sa oproti pôvodnému scenáru zmení. Kazanského stvárnil aj v pokračovaní Top Gun: Maverick z roku 2022, napriek zdravotným problémom a dvom tracheotómiám.