Kellan est né le 15 mars 1985 à Dickinson dans le Dakota du Nord. Ses parents sont Karla and Bradley Lutz. Il a une soeur et six frères. Il est d'ascendance allemande. Il grandit dans le Dakota du Nord, le Midwest et l'Arizona, et ressort diplômé de l'Horizon High School d'Arizona, avant de décider de poursuivre une carrière d'acteur.

Il fait ses premiers pas de comédiens à la télévision, en jouant dans plusieurs séries. Il obtient des rôles récurrents dans Model Citizens etMon Comeback, ainsi que des petits rôles dans des épisodes de Amour, Gloire et Beauté, Les Experts : Manhattan, Summerland, Six Feet Under, Les Experts ou encore Heroes. Il apparaît également dans les films Stick It, Admis à tout prix et Le bal de l'horreur. Il joue un plus sur la scène californienne et était le présentateur de l'émission de télé-réalité de la chaîne Bravo Blow Out. Il apparaît également dans la publicité de 2006 du parfum d'Hilary Duff With Love... Hilary Duff, et en 2007 dans le clip vidéo de son single With Love.

En 2008, il appraît dans un nouveau clip vidéo, Without You de Hinder. La même année, il rejoint le casting de la mini-série Generation Kill, adaptée du roman d'Evan Wright.

En 2008, il incarne le rôle d'Emmett Cullen dans l'adaptation cinématographique de la saga Twilight, de Stephenie Meyer, et reprendra son rôle dans les quatre volets suivants, sortis en 2009, 2010, 2011 et 2012.

En 2009, il obtient le rôle de George Evans dans la série 90210 Beverly Hills - Nouvelle génération. Il retrouve ensuite à l'écran sa co-star de Twilight et meilleure amie dans la vraie vie Ashley Greene dans le film A Warrior's Heart, avant d'incarner en avril 2010 Dean dans Freddy : Les Griffes de la nuit, et le dieu de la mer Poséidon dans Les Immortels (2011). Il était l'un des candidats pour le premier rôle masculin de Hansel et Gretel : Witch Hunters. Il a également été envisagé pour incarner le rôle principal dans Conan, finalement dévolu à Jason Momoa. En 2011, il retrouve son co-star des Immortels Mickey Rourke dans Java Heat, tourné en Indonésie.

Il est sous contrat avec l'agence de mannequinat Ford. Il était l'un des modèles présents dans la campagne de sous-vêtement de 2010 de Calvin Klein.

Il soutient la société protectrice des animaux PETA, et apparaît dans l'une de leur vidéo incitant les gens à opter pour l'adoption d'un animal plutôt que de l'acheter. Il soutient également le travail de reconstruction de la Nouvelle-Orléans, en particulier avec le projet St. Bernard.

Il aime la planche à roulettes, le baseball, basket-ball, la crosse, la natation, le tennis, racquetball, le badminton, le ski, le snowboard, la danse, et de nombreuses autres activités. Il a aussi une passion pour les films d'horreur, et préfère effectuer ses propres cascades lors de la réalisation de films. Il a fréquenté de septembre 2006 à juillet 2008 l'actrice Kayla Ewell, puis de 2008 à octobre 2010 sa co-star de 90210 AnnaLynne McCord. Dès août 2011, il commence à fréquenter l'actrice australienne Sharni Vinson. Le couple se sépare en mai 2013, après presque 2 ans de fréquentations, avant de se remettre ensemble quelques mois plus tard.