基里连科终于在2001-02 NBA赛季加盟犹他爵士。该季他成功入选NBA新秀挑战赛。 于2003-04 NBA赛季他成为该季的封阻王，于抄截榜亦排名第4。 于季后基里连科亦回到俄罗斯国家队打球.
当2003年约翰·斯托克顿及卡尔·马龙离开了爵士队之后，他正式成为了爵士队的队长。在2004-06三个赛季中皆入选NBA最佳防守阵容，其中2006年为第一阵容。
于2006-07 NBA赛季，基里连科虽然健康出席了70场比赛，但他的表现是生涯最差的，只有8.3分、4.7篮板幸好在这低潮中得到队友卡罗斯·布泽尔、德隆·威廉姆斯、梅米特·奥库协助才不致球队成绩低落。
在爵士队效力后期，基里连科的表现平平，数据无法与其手握的天价合同匹配，首发位置甚至一度被顶替，与爵士合同结束后没有续约。在2011年NBA停摆期间，基里连科回到俄罗斯联赛加盟老东家莫斯科中央陆军，不仅率队夺得欧洲联赛亚军，还荣膺欧洲MVP和最佳防守队员，并在2012年伦敦奥运会上率领俄罗斯队夺得铜牌，重新赢得了NBA球队的青睐。
2012-13赛季前，基里连科与明尼苏达森林狼签订了2年2000万美元的合同，第二年可以跳出合同。在本赛季中，基里连科大部分时间顶替受伤的凯文·乐福出任球队先发大前锋，场均拿到12.4分、5.7个篮板、1.5次抢断以及生涯最高的50.7%的投篮命中率，这也是他自2005-06赛季以来打出的最好表现，同时还帮助国家队队友阿莱克谢·舍维德成功渡过新秀赛季。尽管森林狼因伤病侵袭最终无缘季后赛，但基里连科的表现仍然为球队贡献不少。
2013年夏季，基里连科出人意料的选择跳出合同，以2年620万的小合同加盟布鲁克林篮网。此举引发巨大争议，篮网此前大手笔不断，先是聘请退役不满10天的贾森·基德为新任主教练，又交换来凯尔特人队两大头牌凯文·加内特和保罗·皮尔斯组成全联盟账面实力最强的首发阵容之一，而基里连科又抛弃千万年薪降薪加盟的奇怪举动加盟自然招致不少口水。基里连科本人解释跳出合同本意是与森林狼签订长约，但自己并非森林狼未来计划一员，续约未果后为了争冠才降薪加盟篮网，但此种说法依旧收到质疑，有人认为篮网老板普罗霍洛夫在签约中起到了不可告人的作用，据悉有数支球队致电联盟办公室，要求联盟调查此事。
2014年12月10日，篮网队将基里连科、约格·古铁雷斯和一个2020年的二轮选秀权交易到费城76人队，换来布兰登·戴维斯。基里连科单方面认为76人队交易到自己是为了裁掉自己释放薪金空间，但76人队官方强调没有裁掉他的打算，要求他到费城报到。基里连科于是以家人健康为由滞留纽约，2015年1月9日，忍无可忍的76人队宣布对其进行无限期队内禁赛，禁赛期间他将无法领到任何薪水。2月21日，76人队将他挥弃[2]。
三度回到莫斯科中央陆军
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结束NBA的生涯后，基里连科又回到家乡打球。于2015年6月宣布退休。