Kenan İmirzalıoğlu 12 yaşına kadar Üçem köyünde yaşadı. Orta ve lise öğrenimini Ankara'da yaşayan teyzesinin yanında tamamladı. Ankara Çankaya Bahçelievler Deneme Lisesinden mezun oldu. Yükseköğrenimini İstanbul'da Yıldız Teknik Üniversitesi Matematik bölümünde tamamladı. Üniversite yıllarında mankenliğe başladı.
1997 yılında üniversite öğrencisi iken Best Model of Turkey (Türkiye'nin En İyi Mankeni) yarışmasına katıldı. Bu yarışmada birinci seçilince İstanbul'da gerçekleşen 10. Best Model of the World (Dünyanın En İyi Mankeni) yarışmasında Türkiye'yi temsil etti ve birinci oldu.
Fakir bir gencin sınıf atlama mücadelesini anlatan Deli Yürek adlı dizide Yusuf Miroğlu karakterini canlandırdı ve tüm ülkede tanındı. Deli Yürek dizisi 1998-2002 yılları arasında yayımlandı. İmirzalıoğlu, 2001 yılında dizinin devamı niteliğindeki Deli Yürek: Bumerang Cehennemi adlı sinema filminde de aynı rolü canlandırdı.
2003-2005 yılları arasında Show TV'de yayımlanan Alacakaranlık adlı polisiye dizide Uğur Yücel ile başrolü paylaştı. Uğur Yücel'in yazıp yönettiği Yazı Tura (2004) filminde askerlikte yaşadığı travmaları atlatamayan Cevher adlı karakteri canlandırdı.
2005-2007 arasında Show TV'de yayımlanan Acı Hayat adlı drama dizisinde Mehmet Kosovalı rolünü; çizgi filmden uyarlanan Son Osmanlı Yandım Ali (2007) adlı sinema filminde Külhanbeyi Ali rolünü canlandırdı. Kabadayı (2008) adlı filmde Şener Şen ve Aslı Tandoğan ile başrolleri paylaşan sanatçı; 2009'da yönetmenliğini Uğur Yücel'in yaptığı Ejder Kapanı adlı filmde Akrep Celal rolünü üstlendi.
2009-2011 yılları arasında yayımlanan ve çok popüler olan Ezel adlı dizideki rolü ile Türkiye'de çok popüler oldu. 2012'de Osman Sınav'ın yönetmenliğini üstlendiği, Uzun Hikâye adlı sinema filminde oynadı.
Ay yapım firması ile çekecekleri yeni dizi için 2012'de yaptığı 4.000.000$'lık ücret anlaşmasının Türkiye'de bir dizi oyuncusu için en yüksek ücreti olduğu duyurulan İmirzaloğlu, Karadayı dizisinde başrol üstlendi.
İmirzalıoğlu, 2016 yılında oyuncu Sinem Kobal ile evlendi. Çiftin, Lalin adını verdikleri bir kız çocukları oldu (2020).
İmirzalioğlu, Peyami Sefa'nın eserinden sinemaya uyarlanan Cingöz Recai (2017) filminde başrol oynadı. Çekimleri İstanbul ve St. Petersburg'da gerçekleşen film, gişede başarılı olmadı. 2018 yılında yayımlanan Mehmed: Bir Cihan Fatihi adlı tarihî dizide Fatih Sultan Mehmed'i canlandırdı. Dizi, altı bölümde sona erdi.
1.91 boyundaki Mirzalıoğlu, 5 Ekim 2019'dan itibaren Kim Milyoner Olmak İster? televizyonda yarışma programının sunuculuğunu üstlenmektedir.
KENAN İMİRZALIOĞLU FİLMOGRAFİ
1998-2002: Deli Yürek
2001: Hayat Bağları
2001: Deli Yürek: Bumerang Cehennemi
2003-2005: Alacakaranlık
2004: Yazı Tura
2005-2007: Acı Hayat
2006: Son Osmanlı Yandım Ali
2007: Kabadayı
2010: Ejder Kapanı
2009-2011: Ezel
2012: Uzun Hikaye
2012-2015: Karadayı
2017: Cingöz Recai
2018: Mehmet Bir Cihan Fatihi
2020: Alef
