È conosciuto soprattutto per il complesso e profondo ritratto di Tim Riggins, un personaggio indomito, appassionato e combattivo nell'acclamata serie della NBC High School Team (Friday Night Lights).
La sua carriera è incominciata nel 2002, quando si è trasferito a New York per studiare con la celebre insegnante di recitazione Sheila Grey. Tornato l'anno seguente nella sua città natale, Vancouver, ha ottenuto il suo primo ruolo importante, lavorando al fianco di Samuel L. Jackson in Snakes on a Plane.
Nella sua filmografia, figurano The Covenant e Il mio ragazzo è un bastardo (John Tucker Must Die), completati entrambi prima di ottenere la parte dell'eroe della squadra di football del liceo Tim Riggins. Il lavoro di Kitsch in questo ruolo ha convinto sia la critica che il pubblico.
Nel 2008 arriva il film Gospel Hill, con Julia Stiles, Samuel L. Jackson e Danny Glover, per la regia di Giancarlo Esposito.
Ultimamente, è tornato in televisione per la terza stagione di High School Team, che ha dato vita a un rivoluzionario accordo di distribuzione, per cui la serie è passata senza pubblicità su DirecTV quest'autunno, prima di tornare nella sua tradizionale casa madre, la NBC, per essere trasmessa in maniera più convenzionale. Il pubblico che ha scoperto il telefilm su DirecTV si unisce ai suoi leali fan della NBC, che sono impazienti di vedere ancora nuove storie del numero 33.
Nel 2009 torna sul grande schermo partecipando al film X-Men le origini: Wolverine e, due anni più tardi, è il protagonista del fantascientifico John Carter, di Andrew Stanton. Successivamente sarà nel cast de Le belve di Oliver Stone e nei due film di Peter Berg Battleship e Lone Survivor.