Халиль-Султан родился 14.09.1384 в Герате. Он был третьим сыном Миран-шаха и Севин-бек Ханзаде, внучки золотоордынского хана Узбека. Внук Тимура (Тамерлана). Его воспитание было поручено старшей жене Тимура Сарай-Мульк-ханум.

Уже в возрасте 15 лет он отличился во время похода Тимура в Индию; участвовал и в т.н. Cемилетнем походе» на запад (в действительности, 1399-1404). В 1402 Тимур поручил ему верховное командование на востоке, на границе Туркестана.

Одной из жен Халиля-Султана была Джахан-Султан, дочь Али Муйяда из племемени арлат. В 1404 он вызвал гнев своего деда самовольной женитьбой на Шад-Мульк, женщине низкого происхождения, однако был прощён и в том же году во время приготовлений к походу в Китай назначен начальником правого крыла, собранного в Ташкенте и его окрестностях.

После смерти Тимура (18.02.1405) Халиль-Султан был провозглашён эмиром и вступил в Самарканд. Титул хана получил несовершеннолетний правнук Тимура Мухаммед-Джехангир, сын ранее назначенного наследником, однако умершего прежде Тимура царевича Мухаммед-Султана. Халиль-Султан держался в Самарканде до 1409. Он организовал похороны своего деда в Самарканде и разрешил мастерам, работавшим на стройках в Самарканде с эпохи Тимура, вернуться домой.

Власть Халиль-Султана распространялась только на Мавераннахр, да и на севере страны, на Сырдарье, ему постоянно приходилось бороться с мятежными военачальниками. Золотоордынцы, завоевавшие в декабре 1405 — январе 1406 Хорезм, в своих набегах доходили до Бухары.

В открытом бою со своими врагами Халиль-Султан большей частью оставался победителем. Конечная победа над ним Шахруха была одержана не столько вследствие военных успехов, сколько благодаря интригам и искусной дипломатии, в частности, благодаря связям с духовенством Бухары, во главе которого был Мухаммед Парса.

Весной 1409, когда войско Шахруха стояло в Бадгисе, а войско Халиль-Султана — в Шахрисябзе, готовые к сражению, опять началось восстание на севере под предводительством эмира Худайдада. Халиль-Султан был вынужден оставить своё войско и обратиться против Худайдада, однако он мог взять с собой только 4 тыс. человек. 30.03.1409 к северу от Самарканда он был взят в плен Худайдадом и приведён в Самарканд.

Позднее, без своей жены, которая после этого подверглась жестокому обращению со стороны Шахруха, Халиль-Султан был уведён в Фергану. Наконец он отправился в Отрар и там при посредничестве эмира Шейх Hyp ад-Дина заключил с Шахрухом договор, согласно которому отказался от власти над Мавераннахром и получил вместо этого город Рей (в Иране). Его жена также была ему возвращена.

Халиль-султан скончался 4.11.1411 в Рее. После смерти мужа его жена покончила с собой. Халиль-Султан увлекался поэзией и сам писал стихи на тюркском языке. Вследствие отношения Халиль-султана к своей жене, так же как великодушие, которое он постоянно проявлял по отношению ко всем своим врагам и даже изменникам, Халиль-султан находится в полном противоречии с личными качествами остальных членов его династии и с условиями его времени.