Được đào tạo bài bản, Kilmer bắt đầu nổi tiếng từ giữa thập niên 80 nhờ một loạt phim hài. Anh trở thành hiện tượng trong thập niên tiếp theo khi xuất hiện trong những bộ phim thuộc hàng bom tấn. Tại Hollywood, Kilmer là một trong số ít diễn viên tung hoành trên cả màn ảnh, truyền hình và sân khấu.

Không chỉ riêng Frankenheimer mà nhiều diễn viên và đạo diễn khác cũng thừa nhận rằng Kilmer luôn đòi hỏi sự chi tiết và chính xác khi chuẩn bị cho vai diễn. Đó là một phong cách làm việc nghiêm túc, nhưng đôi khi lại gây khó chịu cho người khác. Nói về vấn đề này, Kilmer thổ lộ:

“Những vai thú vị là những vai có vấn đề. Tôi từng đóng những vai như thế, nhưng thú thực là không phải lúc nào tôi cũng thích chúng. Nhiều người nói rằng tôi là người khó tính trong các vai diễn, nhưng đó là cách mà tôi thể hiện sự tôn trọng đối với nghệ thuật. Để có được một phút trên màn ảnh, nhiều khi bạn phải chuẩn bị mất một ngày. Chính vì thế mà tôi luôn khắt khe với bản thân và cả người khác khi đóng phim. Nếu không làm thế, bạn sẽ không thể có được cảm giác phấn khích khi nhìn lại vai diễn của mình”.

Khi xuất hiện trên màn ảnh hay sân khấu, Kilmer có một thói quen không lẫn vào đâu được. Anh thường xoay nhanh những vật nhỏ, chẳng hạn như đồng xu, bút chì, bằng các ngón tay. Trong những cảnh mà nhân vật phải tỏ ra căng thẳng, anh thường vê hai ngón tay phải vào nhau.

Tạp chí Empire của Anh đã xếp Val Kilmer vào vị trí 62 trong danh sách 100 diễn viên xuất sắc nhất mọi thời đại vào năm 1997.