Ausgebildet wurde der Innenverteidiger im Nachwuchsbereich von Borussia Dortmund. 2017 gewann Luca Kilian mit der U19 des BVB die Deutsche A-Juniorenmeisterschaft. Nach seiner ersten Saison im Herrenbereich in der Regionalliga West bei der U23 des BVB unterschrieb Kilian im Sommer 2019 beim damaligen Bundesliga-Aufsteiger SC Paderborn. Dort debütierte der ehemalige deutsche U21-Nationalspieler unter Steffen Baumgart in der Spielzeit 2019/20 in der Bundesliga.
Zur Saison 2020/21 wechselte Kilian zum 1. FSV Mainz 05. Ein Jahr später ging er zunächst leihweise zum FC, im Juli 2022 wurde er fest verpflichtet. Der Innenverteidiger wird von seinen Teamkollegen des Öfteren als lustigster Mitspieler bezeichnet und wird von Coach Baumgart wegen seiner rustikalen Spielweise auch mal „Holzfuß” genannt. Sein Kindheitsidol ist Weltmeister Mats Hummels.
Trikots 2024/25
