W latach 1982-1990 pracował w komitetach Litewskiej Partii Komunistycznej. W latach 1988-1991 był pierwszym sekretarzem KC LPK. Po odłączeniu się LPK od Moskwy i powołaniu na jej miejsce Litewskiej Demokratycznej Partii Pracy do 1996 r. był pierwszym zastępcą przewodniczącego Algirdasa Brazauskasa.
Od 1992 r. Kirkilas jest posłem litewskiego parlamentu. Był przewodniczącym sejmowego komisji spraw zagranicznych oraz komisji bezpieczeństwa narodowego i obrony, a także współautorem koncepcji bezpieczeństwa narodowego. W 2002 r. był nadzwyczajnym pełnomocnikiem prezydenta w negocjacjach w sprawie tranzytu Rosjan przez Litwę do obwodu kaliningradzkiego. W 2004 roku został ministrem obrony (ochrony kraju).
7 lipca 2006 roku Gediminas Kirkilas został premierem Litwy. Od 19 maja 2007 roku jest również przewodniczącym Socjaldemokratycznej Partii. Litwy.