Xəlil Məmmədov 1916-cı ildə Şuşa şəhərində anadan olmuşdur. 1938-ci ildə Şuşa RHK-dan orduya çağırılmışdır. Müharibədə rütbəsi mayor olub. Krım, , Ukrayna uğrunda aparılan döyüşlərdə iştirak etmişdir. Rumın şəhərciyi Merqura hücum zamanı hitlerçilər tərəfindən güclü müdafiə sistemi yaradılmışdı. Məmmədovun batalyonuna müdafiəni yararaq, şəhərin digər başında yerləşən körpünü düşmən keçə bilməsin deyə partlatmaq əmri verilmişdir. Gecə həmləsi zamanı mayorun tankları beton pilləkənlərdən ibarət maneə ilə qarşılaşdı. Belə bir maneəni keçib getmək qeyri mümkün idi. Tankçılar dəmir troslarla maneəni yox edərək, mina meydançasını keçdilər və şəhərə daxil oldular. Tapşırıq yerinə yetirilmişdi. Rumın torpağında 15 günlük mübarizə ərzində mayor Məmmədovun batalyonu düşmənin 4 tank, 2 özüyeriyən top, 64 artilleriya silahı, 191 avtomaşın, 108 pulemyot, 1375 əsgər və zabitini məhv etmişdi. Həmçinin 3 dəmiryol eşelonu, 350 avtomaşın, 4 min hitlerçi ələ keçirilmişdir.

SSRİ Ali Sovetinin 24 mart 1945-ci il tarixli fərmanı ilə Məmmədov Xəlil Məmməd oğluna Sovet İttifaqı Qəhrəmanı adı verilmişdir.

Xəlil Məmmədov 1960–1965-ci illərdə Azərbaycan SSR daxili işlər naziri (1962-ci ildən ictimai asayişi mühafizə naziri kimi), 1965-ci ildən isə Azərbaycan SSR Nazirlər Sovetində sovet orqanları şöbəsinin müdiri olmuşdur.

21 fevral 1989-cu ildə vəfat edib. Bakı şəhgərindəki II Fəxri Xiyabanda dəfn edilmişdir.