Killebrew fu scelto dai Detroit Lions nel corso del quarto giro (111º assoluto) del Draft NFL 2016.[1] Dopo la sua apparizione al Senior Bowl, l'allenatore delle safety dei Lions Alan Williams, e altri rappresentanti dell'organizzazione, ebbero un incontro con Killebrew dicendogli di non essere interessati a lui, che non sarebbe stata una buona scelta per la squadra e che non lo volevano affatto. Dopo averlo scelto nel draft, gli riferirono di avere detto ciò soltanto per vedere come avrebbe reagito. Il 6 maggio 2016 firmò un contratto quadriennale del valore di 2,34 milioni di dollari con la squadra, incluso un bonus di 578.564 dollari alla firma.[2]
Killebrew iniziò la stagione come terza strong safety nelle gerarchie dei Lions dietro ai veterani Tavon Wilson e Rafael Bush.[3] Nelle prime undici partite giocò principalmente negli special team e pochi snap in difesa. Il 20 novembre 2016 guidò la squadra con 5 tackle in soli 12 snap, tutti su situazioni di terzo down, nella vittoria per 26–19 sui Jacksonville Jaguars. Quattro giorni dopo fece registrare 4 tackle su terzi down giocando 9 snap in difesa nella vittoria per 16-13 sui Minnesota Vikings il Giorno del Ringraziamento.[4]
Il 4 dicembre 2016 Killebrew giocò 24 snap in difesa (34%) nella vittoria per 28–13 sui New Orleans Saints, chiudendo con 3 placcaggi, un passaggio deviato e un intercetto su Drew Brees, il primo in carriera.[5][6]
Nel training camp 2018, Killebrew fu spostato nel ruolo di linebacker con l'arrivo del nuovo allenatore Matt Patricia e un nuovo schema difensivo.
Il 24 marzo 2020, Killebrew firmò un nuovo contratto con i Lions.[8]
Pittsburgh Steelers
Killebrew firmò un contratto di un anno con i Pittsburgh Steelers il 24 marzo 2021.[9] Nella prima partita con la nuova maglia, nel primo turno contro i Buffalo Bills, bloccò un punt di Matt Haack che fu recuperato dal compagno Ulysees Gilbert e ritornato in touchdown nella vittoria per 23–16.[10] Nella settimana 11 contro i Los Angeles Chargers, bloccò un altro punt di Ty Long, che portò al touchdown su corsa del running back Najee Harris diverse giocate dopo, nella sconfitta per 37–41.[11]
L'11 marzo 2022 Killebrew firmò un'estensione contrattuale biennale con gli Steelers del valore di 4 milioni di dollari.[12]
Nella settimana 5 della stagione 2023 contro i Baltimore Ravens, Killebrew bloccò un punt di Jordan Stout, portando a una safety per gli Steelers nella vittoria per 17–10.[13] A fine stagione fu convocato per il suo primo Pro Bowl e inserito nel First-team All-Pro come special teamer.
^(EN) Tim Twentyman, Detroit Lions draft safety Miles Killebrew, su Detroit Lions, 30 aprile 2016. URL consultato il 15 gennaio 2023 (archiviato dall'url originale il 3 maggio 2016).