Kitzinger studierte in München Kunstgeschichte und promovierte 1934. Im selben Jahr musste er Deutschland verlassen. Nach einer fünfjährigen Tätigkeit am British Museum in London ging er 1941 in die Vereinigten Staaten und war 25 Jahre am Dumbarton Oaks Center for Byzantine Studies in Washington D.C. tätig, zuletzt als Director of Studies, anschließend lehrte er an der Harvard University.

Kitzinger erschloss der byzantinischen Kunstgeschichte neue Wege und Einsichten, indem er nicht bei der eingehenden Analyse der stilistischen und formalen Qualitäten stehen blieb, sondern gleichzeitig deren Abhängigkeit von dem historischen Hintergrund untersuchte und dem Einfluss der byzantinischen auf die westeuropäische Kunst nachging.