Nel 2003 il bielorusso conquista la medaglia d’oro ai Mondiali di Aguascalientes, in Messico, nell’inseguimento individuale davanti a Hayden Godfrey e il bronzo in quello a squadre con Siarhei Daubniuk, Yauhen Sobal e Vicitor Rapinski. Nel 2004 veste i colori della Grupa PSB ed è secondo ai campionati nazionali a cronometro dietro a Kanstantsin Siutsou e terzo nella prova in linea dietro a Yauhen Sobal e Uladzimir Autka. Ai Giochi Olimpici di Atene è tredicesimo nell’inseguimento individuale.

Nel 2005 il bielorusso veste i colori della Grassi-Marco Pantani ottenendo ben otto successi: conquista il titolo nazionale a cronometro davanti a Viktor Rapinski, la Coppa della Pace, il Giro del Casentino davanti a Davide Bonucelli, il Trofeo Mobilio Ponsacco a cronometro, la Coppa Sportivi Malvesi, la Coppa Comune di Castelfranco ed il Trofeo Edil C. L’ottima annata viene ripagata con il passaggio tra i professionisti con la formazione continental italiana OTC Doors-Lauretana. Vasil si conferma campione nazionale a cronometro, vince una tappa allo  Scandinavian Week e una alla Międzynarodowy Wyścig Solidarności i Olimpijczyków .

Nel 2007 passa tra le fila della Tinkoff Credit Systems  conquistando la vittoria nella quinta tappa della Vuelta a Burgos da Oña a Burgos e la terza tappa della Ster Elektrotoer sul traguardo di  Jalhay. Il bielorusso sfiora anche la vittoria dell’Etoile de Bessèges chiudendo secondo per soli 8 secondi alle spalle di Nick Nuyens.

Nel 2008 Vasil’ Kiryenka corre per la prima volta in carriera il Giro d’Italia conquistando il secondo posto a Pescocostanzo alle spalle di Gabriele Bosisio, il secondo posto all’ Alpe di Pampeago  a 4’38” da Emanuele Sella. Nella 19esima tappa da Legnano a Monte Pora il bielorusso allunga assieme ad altri sei atleti, passando in sostanza tutta la giornata in testa e staccando i compagni di fuga per  tagliare il traguardo per primo con 4’36” su Danilo Di Luca. Vasil chiude la sua prima corsa rosa al 35esimo posto.

Ad agosto è secondo al G.P. di Camaiore a 17 secondi da Leonardo Bertagnolli e a settembre è al via della Vuelta a España dove sfiora il successo nella diciannovesima tappa con arrivo Segovia  quando è secondo a 5 secondi da David Arroyo.

Ai Giochi Olimpici di Pechino 2008 è quinto nella Corsa a punti.

Nel 2009 passa alla Caisse d’Epargne prendendo parte al Giro ed alla Vuelta dove chiude al 16esimo posto. L’anno seguente fa il suo esordio al Tour de France ed è secondo nella tappa di Gap, bruciato nella volata a due da Sérgio Paulinho.

Vasil’ Kiryenka vince la tappa del Sestriete al Giro 2011

Nel 2011 passa alla Movistar, prende parte alla Vuelta Ciclista al Pais Vasco vincendo la seconda tappa da Zumarraga a Lekunberri con due secondi di margine su  Andreas Klöden ed Andy Schleck. Al Giro d’Italia, nella tappa con arrivo al Sestriere, va in fuga assieme ad altri dodici atleti risultando poi l’unico a resistere in avanscoperta tagliando il traguardo con 4’43” di vantaggio sul colombiano José Rujano. A giungo è al via della Route du Sud ed è secondo nella seconda frazione con arrivo a Cauterets dietro al francese Anthony Charteau. Al termine della successiva frazione Vasil veste la maglia di leader della corsa conseguendo il successo finale con 40″ su Davide Rebellin.

 Ai Giochi Olimpici di Londra 2012 è al via della prova in linea senza completare la corsa e nella cronometro individuale chiude dodicesimo. Ai Mondiali di Limburgo è terzo nella cronometro alle spalle di Tony Martin e Taylor Phinney.

Nel 2013 arriva la chiamata del Team Sky mettendosi al servizio del capitano Chris Froome nella conquista del Tour de France 2013. Alla Vuelta conquista la vittoria nella tappa di Peña Cabarga davanti al danese Chris Anker Sørensen.  Ai Mondiali in Toscana è terzo nella Cronosquadre e quarto nella crono individuale alle spalle di Martin, Wiggins e Cancellara mentre ai Mondiali di Ponferrada 2013 è quarto nella cronometro a squadre e nella crono individuale dietro a Wiggins, Martin e Dumoulin.

L’anno seguente, ai Mondiali di Doha 2016 conquista la medaglia d’argento alle spalle del tedesco Tony Martin e ai Giochi Olimpici di Rio de Janeiro si ritira nella prova in linea ed è diciassettesimo a cronometro.  Ai Mondiali 2017 a Bergen, in Norvegia ottiene il bronzo nella cronometro a squadre con il Team Sky dietro a Sunweb e a BMC Racing Team ed è quinto in quella individuale a 1’28” da Dumoulin.

Nel 2020, decide di salutare il ciclismo professionistico a 38 anni per via di alcuni problemi cardiaci che lo tormentato dall’anno prima quando a causa di un’aritmia aveva dovuto stare a riposo per più di tre mesi.