Как рассказывала сама актриса, она родилась в 1919 году, а по паспорту — в 1918-м. Когда окончила четыре класса, в пятый её не брали, поэтому мать просто в метрике исправила цифру «9» на «8» , прибавив ей один год. Так она и жила с тех пор, привыкнув, даже художественный руководитель МХТ Олег Табаков тоже считает её родившейся в 1918 году.Кира Иванова родилась в Ессентуках. Внучатая племянница поэта Вячеслава Иванова.
В 1937 году поступила в Институт философии, литературы и искусства (ИФЛИ), факультет русской литературы.
В 1938 году была принята во вспомогательный состав труппы Московского Художественного академического театра Союза ССР имени М. Горького.
На прослушивании читала басню Крылова «Лиса» . Слушали её тогда В. Г. Сахновский и В. О. Топорков. Играла также на сцене Калининградского областного драматического театра.
В 1950 году покинула МХАТ, с 1954 года вместе с мужем переехала в Балтийск, была ведущей актрисой Калининградского драматического театра. Её супруг приложил много сил для реконструкции здания театра.
В 1957 году вернулась во МХАТ, в котором служила до 1985 года.
С 1958 года занималась преподавательской деятельностью в Школе-студии МХАТ, доцент. Среди её учеников — Наталья Егорова, Борис Невзоров, Николай Караченцов.Вдова адмирала Арсения Григорьевича Головко — бывшего командующего Северным, Балтийским флотами, Каспийской и Амурской флотилиями.Дочь — актриса Наталья Арсеньевна Головко (род. 12 февраля 1953), в 1974 году окончила Школу-студию МХАТ (курс А. М. Карева), играла на сцене МХАТ, внук от неё — актёр Кирилл Александрович Головко-Серский (род.21 июня 1975). Сын — Михаил Арсеньевич Головко (род. 17 ноября 1949), офицер ВМФ, капитан 1 ранга в отставке.Скончалась актриса 16 августа 2017 года. Похоронена на Троекуровском кладбище.