Ο Λουκιανός Κηλαηδόνης γεννήθηκε στις 15 Ιουλίου 1943 στην Αθήνα και μεγάλωσε στην Κυψέλη. Από τα πέντε χρόνια του άρχισε να μαθαίνει πιάνο, αλλά ποτέ δεν πήρε πτυχίο μουσικής. Αντίθετα, έλαβε πτυχίο Αρχιτεκτονικής από το ΕΜΠ, αλλά ποτέ δεν εξάσκησε το επάγγελμα του αρχιτέκτονα, καθώς τον απορρόφησε ολοκληρωτικά η μουσική.
Το 1970 γράφει τη μουσική για τη θεατρική παράσταση του έργου της Κωστούλας Μητροπούλου «Η Πόλη μας». Τα τραγούδια της παράστασης κυκλοφόρησαν σε δίσκο τον επόμενο χρόνο με ερμηνευτές τη Βίκυ Μοσχολιού και τον Μανώλη Μητσιά. Το 1972 κυκλοφορεί τον δίσκο «Κόκκινη Κλωστή» σε στίχους του Νίκου Γκάτσου, με ερμηνευτές τον Μανώλη Μητσιά και τη Δήμητρα Γαλάνη.
Το 1973 κυκλοφορούν σε κόκκινο βινύλιο τα «Μικρoαστικά» σε στίχους Γιάννη Νεγρεπόντη, όπου για πρώτη φορά ο Λουκιανός ερμηνεύει δικές του συνθέσεις. Τα τραγούδια προτού εκδοθούν σε δίσκο κυκλοφορούσαν παράνομα στη διάρκεια της δικτατορίας και γίνονται σημείο αναφοράς για μία ολόκληρη γενιά. Επόμενος δίσκος του τα «Απλά μαθήματα πολιτικής οικονομίας» (1975), πάλι σε στίχους του Γιάννη Νεγρεπόντη. Το 1976 κυκλοφορεί τον ορχηστρικό δίσκο «Media Luz», που είναι το σάουντρακ μιας υποθετικής ταινίας φιλμ νουάρ.
Ο δίσκος του «Είμαι ένας φτωχός και μόνος καουμπόυ» (1978) είναι ο πρώτος στον οποίο συνθέτει, γράφει και ερμηνεύει τα τραγούδια του. Δύο από τα τραγούδια του δίσκου ερμηνεύει η Βίκυ Μοσχολιού. Ακολουθούν οι δίσκοι «Ψυχραιμία Παιδιά» (1979), «Χαμηλή πτήση» (1982), «Τραγούδια για κακά παιδιά» (1986), «Γιατί θα γίνω μαραγκός» (1990) κι ένας δίσκος με τραγούδια της δεκαετίας του ‘50 με τίτλο «Fifties και ξερό ψωμί» (1988).
Το 1993 κυκλοφορεί το διπλό άλμπουμ «Αχ! Πατρίδα μου γλυκειά», που είναι μία καταγραφή της μουσικής πορείας της Ελλάδας τα τελευταία πενήντα χρόνια. Στη δουλειά αυτή παρουσιάζονται δισκογραφικά για πρώτη φορά κατηγορίες τραγουδιών που ανήκουν στο χώρο της προφορικής παράδοσης, όπως σχολικά, τραγούδια της γειτονιάς, του δρόμου, της κατασκήνωσης, του κατηχητικού, προσκοπικά και ακόμη επτανησιακά, καντάδες, ελαφρά και ρεμπέτικα. Ήταν η ηχογραφημένη εκδοχή ενός λαϊκού μιούζικαλ που είχε παρουσιάσει το καλοκαίρι της ίδιας χρονιάς στο θέατρο του Λυκαβηττού.
Το 1998 κυκλοφόρησε τον «ζωντανό» δίσκο «Νέα Κυψέλη - Νέα Ορλεάνη», με την τζαζ μπάντα από τη Νέα Ορλεάνη Preservation Hall Jazz Band, κάνοντας ένα από τα όνειρά του πραγματικότητα, και το 2002 «Τα φανταρίστικα» σε στίχους ανώνυμων φαντάρων, που είχαν δημοσιευτεί στη στήλη «Φαντάρε πού πας;» της «Κυριακάτικης Ελευθεροτυπίας».
Παράλληλα με τη δισκογραφική του δουλειά έγραφε μουσική για το θέατρο, τον κινηματογράφο και την τηλεόραση. Συνεργάστηκε με το «Ελεύθερο Θέατρο» – «Ελεύθερη Σκηνή» (μουσική από τις παραστάσεις του περιέχεται στο διπλό άλμπουμ «Πάμε μαέστρο») και ήταν ο βασικός συνθέτης των παραστάσεων του «Θεσσαλικού Θεάτρου» της πρώτης περιόδου. Συνεργάστηκε, επίσης, με το Εθνικό Θέατρο, το Κρατικό Θέατρο Βορείου Ελλάδος, το Λαϊκό Θέατρο του Λεωνίδα Τριβιζά και την παιδική σκηνή της Ξένιας Καλογεροπούλου.
Στη μεγάλη οθόνη εμφανίσθηκε το 1971 με τη μουσική της ταινίας του Παύλου Παρασχάκη «Δάκρυα για έναν αλήτη», ενώ το 1975 επιμελήθηκε τη μουσική της ταινίας του Θόδωρου Αγγελόπουλου «Ο Θίασος». Ξανασυνεργάστηκε με τον Αγγελόπουλο στην ταινία «Οι κυνηγοί» (1977) και το 1980 έγραψε τη μουσική για την ταινία του Παντελή Βούλγαρη «Ελευθέριος Βενιζέλος». Συνέθεσε μουσική για βιντεοταινίες («Άλλος Χαβάη, άλλος πληρώνει», «Βαγγελίτσα πάρ...τη γκλίτσα» κ.ά.) και τηλεοπτικές εκπομπές και σειρές («Το κανάλι της Βαγγελίτσας», «Βίοι παράλληλοι του εμφυλίου» κ.ά.).
Όλα αυτά τα χρόνια ο Λουκιανός έκανε πάρα πολλές συναυλίες σε ολόκληρη την Ελλάδα και στην Κύπρο. Γνωστότερη από αυτές είναι το περίφημο «Πάρτυ στη Βουλιαγμένη» στην πλαζ της Βουλιαγμένης τον Ιούλιο του 1983, που συγκέντρωσε περίπου 70.000 κόσμο. Θεωρήθηκε το ελληνικό Γούντστοκ και ο Λουκιανός με αυτή τη συναυλία ήταν ο πρώτος καλλιτέχνης που έβγαλε τις συναυλίες από τα γήπεδα και τα θέατρα σε φυσικούς χώρους.
Το 1999 δημιούργησε, μαζί με τη σύζυγό του Άννα Βαγενά, τον δικό του χώρο τον πολυχώρο «Μεταξουργείο» στην ομώνυμη συνοικία της Αθήνας, όπου δραστηριοποιήθηκε μέχρι την τελευτή του βίου του. Το καλοκαίρι του 2006 συνεργάστηκε με την Κρατική Ορχήστρα Ελληνικής Μουσικής (ΚΟΕΜ), πραγματοποιώντας συναυλίες στην Ελλάδα, το εξωτερικό, καθώς και στο Ηρώδειο, από όπου προέκυψε το διπλό άλμπουμ «Μ’ αγιόκλημα και γιασεμιά».
Ήταν παντρεμένος με την ηθοποιό και πολιτικό Άννα Βαγενά, με την οποία απέκτησαν δύο κόρες, την ηθοποιό Γιασεμή Κηλαηδόνη και την τραγουδίστρια Μαρία Κηλαηδόνη.
Τα τελευταία χρόνια της ζωής του ο δημοφιλής καλλιτέχνης αντιμετώπιζε σοβαρά προβλήματα υγείας. Έπασχε από την καρδιά του και αργότερα προσβλήθηκε από καρκίνο των πνευμόνων, όπως είχε εκμυστηρευθεί σε μία του συνέντευξη.
Ο Λουκιανός Κηλαηδόνης πέθανε στις 7 Φεβρουαρίου 2017 στην Αθήνα, σε ηλικία 73 ετών.