2002年，基里安·墨菲出演丹尼·鲍尔执导的惊悚科幻电影《惊变28天》，进一步打开知名度。

2005年，基里安·墨菲出演的《蝙蝠侠：侠影之谜》在北美上映，他在片中扮演反派之一的“稻草人”。他不戴面具的时候，是一名斯文的精神科医生；戴上面具之后，是一名丧心病狂的罪犯。基里安·墨菲自此成为克里斯托弗·诺兰的“御用配角”。

2005年，基里安·墨菲在《冥王星早餐》中饰演了一名异装癖男孩，他也凭借片中精湛演技提名了第63届金球奖电影类音乐/喜剧片最佳男主角。

基里安·墨菲出演了肯·洛奇执导的《风吹稻浪》。该片讲述了达米安与泰迪兄弟二人在爱尔兰独立战争与爱尔兰内战中由并肩作战到反目成仇的故事。该片获得了第59届戛纳电影节金棕榈奖。

2007年，基里安·墨菲与丹尼·鲍尔再度合作的《太阳浩劫》上映。影片讲述了2057年，太阳逐渐衰竭，一支八人行动小组驾驶着宇宙飞船飞向太阳的故事。

2010年，《盗梦空间》上映，该片由克里斯托弗·诺兰执导，莱昂纳多·迪卡普里奥、玛丽昂·歌迪亚、基里安·墨菲等主演。基里安·墨菲在片中饰演被小李催眠的富二代。

2013年，基里安·墨菲主演的《浴血黑帮》开播，该剧讲述了战后伯明翰地区传奇黑帮家族浴血黑帮的故事，基里安·墨菲饰演一名残酷的黑帮份子汤米·谢尔比。

2014年，基里安·墨菲与约翰尼·德普、丽贝卡·豪尔等人共同出演的《超验骇客》上映，他在片中饰演了一名FBI特工。

基里安·墨菲于2015年再次出演战争片，他与詹米·多南共同主演了《类人猿行动》，该片讲述了两名伞兵对纳粹高官莱因哈德·海德里希进行的一次暗杀行动。

2017年，萨丽·波特执导的《酒会》上映，该片由基里安·墨菲、艾米莉·莫蒂默等人主演。片中基里安·墨菲饰演汤姆，他在酒会上宣布自己患上了不治之症，影片讲述了由此引发的种种故事。该片获得了第67届柏林电影节金熊奖提名。同年，基里安·墨菲还参演了《敦刻尔克》，这已是他与诺兰的第五次合作。