ولدت كيرا كريستينا نايتلي في 26 مارس 1985، في تيدينغتون، لندن، لأبيهما شارمان ماكدونالد و ويل نايتلي، ممثلين مسرحيين. والدتها من أصل سكوتلندي وويلزي، بينما والدها إنجليزي. كان من المفترض أن يُسمى "كيرا"، الشكل الانجليزي لـ "كيرا"، وهو اسم متأثر بالمتزحلق الروسي، إيفانوفا، الذي كان والدها معجب به. ومع ذلك، أخطأت ماكدونالد في كتابة الاسم عندما ذهبت لتسجيل ابنتها، وكتبت "e" قبل "i". نايتلي لديها أخ أكبر، كيلب. عملت ماكدونالد أيضًا كمؤلف مسرحي بعد انتهاء مسيرتها كممثلة. قامت بتعريف أطفالها بالبالبالبال باليه و الباليه في سن مبكرة. هذا زاد من اهتمام نايتلي بالتمثيل، وتركزت على عملها كوكل مسرحي طوال فترة طفولتها.
التمثيل