Il a beaucoup travaillé avec David Lynch, jouant Paul Atreides dans l'adaptation de Dune (1984) ou Jeffrey Beaumont dans Blue Velvet (1986). Plus tard, il joua, toujours chez Lynch, l'agent spécial Dale Cooper dans la série Twin Peaks qui le popularisa auprès d'un plus large public.

Plus récemment il est apparu dans les séries américaines Sex and the City (en tant que Trey Mac Dougal, le premier mari de Charlotte York), Desperate Housewives (en tant que Orson Hodge) et Dernier Recours. La femme de Kyle MacLachlan, Desiree Gruber, a accouché le 25 juillet 2008 d'un petit garçon du nom de Callum Lyon MacLachlan.

Kyle MacLachlan est un passionné de vins, de golf et de voyages

À la fin de la saison 6 de Desperate housewives, nous apprenons que Kyle MacLachlan, alias Orson Hodge, décide de quitter la série. Il fera cependant quelques apparitions dans la saison 7 afin de confirmer son départ ainsi que celui de son personnage.