Синельников Кирилл Дмитриевич родился в семье земского врача Синельникова Дмитрия Ивановича и Павлы Николаевны. Начальное образование получил дома, а в Павлоградскую мужскую гимназию его отдали только в 1912 году. Учился он хорошо, в домашней мастерской любил мастерить, ставить физические опыты, освоил фотографию. После смерти сначала отца, а потом и матери, Кирилл в 1920 г. (к этому времени семья Синельниковых перебралась в Крым) поступает на физико-математический факультет математического отделения Крымского (Таврического) университета им. М.В. Фрунзе в г. Симферополе. Совмещая учебу с работой на кафедре физики университета (лабораторный механик, лаборант, ассистент), а по вечерам подрабатывая еще и в кинотеатре в качестве тапера, он под руководством профессора-электротехника С.Н. Усатого занимался научными исследованиями. Здесь, в стенах университета он сошелся с однокашником Игорем Курчатовым. В ноябре 1923 г. они досрочно окончили полный курс университета. По приглашению С.Н. Усатого Кирилл отправился в Баку, в Азербайджанский государственный университет, где стал работать старшим преподавателем на кафедре физики. В стенах Бакинского университета были выполнены первые работы Кирилла Синельникова по электролизу твердых тел. В 1924 г. состоялся V Всесоюзный съезд физиков, на котором он выступил с докладом по этим работам. На доклад молодого ученого из Азербайджана обратил внимание А.Ф. Иоффе. Он пригласил его в Ленинград, в знаменитый физико-технический институт — ЛФТИ. С.Н. Усатый, понимая насколько важно для молодого, перспективного ученого это приглашение, порекомендовал Кириллу принять его. После года работы в Баку К.Д. Синельников переезжает в Ленинград. Ленинградский период жизни К.Д. Синельникова был недолгим, но весьма продуктивным. Вместе с И.В. Курчатовым, который вслед за ним тоже перебрался в ЛФТИ, он занимался физикой диэлектриков. В 1926 г. к этим работам был привлечен выпускник Ленинградского политехнического института Антон Вальтер. Творческое сотрудничество и дружбу эти трое крупных ученых пронесли через всю свою жизнь. В 1928 г. А.Ф. Иоффе предложил К.Д. Синельникову поехать на стажировку в Англию, в Кембридж, в Кавендишскую лабораторию сэра Э. Резерфорда. В то время здесь уже работали И.В. Обреимов, П.Л. Капица, Г.А. Гамов. В Кембридже К.Д. Синельников продолжает заниматься физикой твердого тела. Там же он создает вакуумный электромотор на 180000 оборотов в минуту. Это говорит о том, что и в те годы он интересовался чисто техническими проблемами и успешно их решал. К маю 1930 г. по результатам исследований была написана диссертация на соискание ученой степени доктора философии Кембриджского университета «Влияние магнитного поля на электропроводность монокристаллов кадмия». Но защитить ее он не успел (срок стажировки заканчивался). В Кембридже он познакомился с Эдной Купер, вскоре ставшей его женой. С ней вместе он в мае 1930 г. надолго вернулся в Ленинград. Его ждали в Харькове, где незадолго до этого — в 1928 г. был организован УФТИ — Украинский физико-технический институт. В УФТИ К.Д. Синельников возглавил отдел физики ядра (1930—1942 гг.). С этой областью физической науки он познакомился в Кембридже, где работали будущие лауреаты Нобелевской премии Дж. Кокрофт и Э. Уолтон, впервые расщепившие в апреле 1932 г. ядро лития ускоренными протонами. В том же году, спустя всего несколько месяцев, (10 октября) под его руководством эксперимент впервые в СССР был успешно проведен в Харькове. Им было положено начало развития отечественной ядерной физики. Вскоре вслед за УФТИ, ядерно-физическая лаборатория создается И.В. Курчатовым в Ленинградском ФТИ.

Первые годы работы УФТИ отмечены огромным энтузиазмом его молодых сотрудников, обеспечившим быстрое становление института, который превращается в один из ведущих физических центров страны. В нем возникают и развиваются хорошо известные сегодня харьковские научные школы теоретической физики (Л.Д. Ландау), физики низких температур (Л.В. Шубников), физики кристаллов (И.В. Обреимов), ядерной физики (К.Д. Синельников, А.И. Лейпунский). Исследования по ядерной физике, и в первую очередь расщепление ядра лития, дали мощный импульс в развитии новых областей физической науки и техники, первопроходцем которых стал УФТИ. Потребовались мощные ускорители заряженных частиц для исследования взаимодействия пучков заряженных частиц с ядрами более тяжелых элементов. Начало развиваться новое направление — ускорительная техника (К.Д. Синельников, А.К. Вальтер), первенцем которого был построенный еще до войны электростатический генератор Ван де Граафа, самый мощный в Европе, с огромным кондуктором диаметром 10 метров. Для его откачки потребовались мощные высоковакуумные насосы. Их разработка и опыт их применения означали создание отечественной вакуумной физики и техники, колыбелью которых тоже становится довоенный УФТИ (К.Д. Синельников, А.К. Вальтер). Во время войны в эвакуации эти насосы пригодились для оборонных работ, одним из направлений которых было создание вакуумной технологии нанесения антирефлексных покрытий на оптику приборов управления артиллерийским огнем (К.Д. Синельников, А.К. Вальтер). Это была разведка нового важного направления деятельности УФТИ, уже послевоенного, получившего наименование «вакуумная металлургия» (К.Д. Синельников, В.Е. Иванов). Это направление обеспечило разработку материалов реакторостроения, порученного УФТИ (после войны институт стал называться ФТИ АН УССР, позже ХФТИ МАЭП СССР, а с 1993 г. ННЦ ХФТИ) руководителем ядерной программы СССР академиком И.В. Курчатовым, а затем нашедшее широкое применение и в других областях техники. Исключительно важную роль сыграл К.Д. Синельников в послевоенный период истории института. В 1943 г. встал вопрос о нецелесообразности восстановления УФТИ в г. Харькове. В Академии наук УССР обсуждалась идея создании объединенного физического института в г. Киеве на базе УФТИ и института физики АН УССР. Только усилия К.Д. Синельникова при активной поддержке И.В. Курчатова, аргументы которых сводились к необходимости быстрого начала работ по ядерной физике в интересах советского «уранового проекта», позволили отстоять и сохранить УФТИ в г. Харькове. В 1944 г. К.Д. Синельников назначается директором института (по состоянию здоровья он оставил этот пост в начале 1965 г.). Начиная с 1946 г., все работы, связанные с «урановым проектом», велись в специально созданной по инициативе И.В. Курчатова Лаборатории № 1, руководителем которой был К.Д. Синельников. В 1948 г. Академия наук УССР высоко оценила вклад К.Д. Синельникова в развитие исследований в области физики на Украине и избрала его действительным членом Академии.

Последние годы своей жизни, начиная с 1956 г., К.Д. Синельников посвятил созданию в ХФТИ еще одного научного направления, еще одной харьковской научной школы — «физики плазмы и управляемого термоядерного синтеза». В это время в ХФТИ был направлен автор первого предложения по управляемому термоядерному синтезу О.А. Лаврентьев. Результаты, полученные в этой области деятельности К.Д. Синельникова сегодня хорошо известны, — Институт физики плазмы ННЦ ХФТИ является ведущим на Украине центром исследований по стеллараторной программе, основы которой были заложены при жизни К.Д. Синельникова. Симбиозом этого направления и технологического вакуумно-металлургического, связанных с именем К.Д. Синельникова, стало развитое уже учениками К.Д. Синельникова плазменно-технологическое направление (ионно-плазменные и плазмо-химические технологии). Сегодня эти технологии признаны во всем мире как высокие технологии века наступившего.

Следует также отметить еще одну особенность стратегии творчества К.Д. Синельникова. Намечая очередное новое научное направление, он прежде всего начинал подготовку кадров для него. Начиная с 1930 г., Кирилл Дмитриевич совмещал научную работу в УФТИ с преподавательской сначала в Харьковском механико-машиностроительном институте (в 1949 г. вошел в состав Харьковского политехнического), а с 1935 г., когда центр подготовки физиков переносится в Харьковский государственный университет, его преподавательская деятельность была неразрывно связана с ХГУ. Приступая к подготовке студентов по новой специальности, он изучал проблему, знакомился с имеющейся литературой (чему помогало блестящее владение несколькими иностранными языками), писал обзоры, учебные пособия, готовил курсы лекций и программы лабораторных работ для обучения студентов. За 30 лет работы в университете К.Д. Синельников возглавлял кафедры электронных и ионных процессов, экспериментальной физики, ускорителей, он способствовал организации новых специализаций, на основе которых позже были созданы кафедры физической оптики и физики плазмы (1962 г.). Он по праву считается одним из организаторов ядерного отделения на физико-математическом факультет ХГУ, ставшим в послевоенные годы кузницей кадров не только для ХФТИ, но и для многих ядерных центров СССР. И наконец, по его инициативе на базе ядерного отделения в ноябре 1962 г. был открыт физико-технический факультет Харьковского государственного университета. И в преподавательской деятельности Кирилл Дмитриевич всегда старался развивать новые формы обучения, он стремился к тому, чтобы студенты после прослушивания фундаментальных курсов лекций, читаемых не только штатными преподавателями кафедры, а и ведущими научными сотрудниками ХФТИ, обязательно выполняли сначала лабораторные работы, а на 3-4 курсах направлялись в лаборатории института. Обучение продолжалось и после окончания университета и начала работы в институте на руководимых К.Д. Синельниковым семинарах, заседаниях Ученого совета, на институтских научных конференциях, непосредственно в ходе экспериментов, в подготовке которых и обсуждении их результатов он принимал самое деятельное участие. Это был Синельниковский стиль непрерывного обучения и «интеграции научного учреждения с учебным». Такая совместная подготовка специалистов силами университета и научно-исследовательского института позже стала называться «физтеховской системой образования» и получила широкое распространение.