Graduou-se em história pela Universidade Federal Fluminense (UFF), na qual concluiu também o doutorado em 2000, após um período como estudante visitante na Universidade de Maryland, nos Estados Unidos. Em 2002, tornou-se professora do Departamento de História da Universidade Federal do Estado do Rio de Janeiro (Unirio) e, desde 2004, é pesquisadora do CNPq.
Desde os tempos da iniciação científica, Keila se dedica ao estudo da história da escravidão no Brasil, com ênfase para as estratégias jurídicas utilizadas pelos escravos para conseguir a liberdade ao longo do século XIX. Esse foi o tema de seu primeiro livro, Liberata, a lei da ambiguidade (Relume Dumará, 1994), resultado de sua monografia de fim de curso da graduação, e também de sua tese de doutorado, O Fiador dos Brasileiros: escravidão, cidadania e direito civil no tempo de Antonio Pereira Rebouças (Civilização Brasileira, 2002).
Foi pesquisadora do CNPq entre 2004 e 2021 (bolsa de produtividade, nivel 1) e Cientista do Nosso Estado da FAPERJ (2018-2020). Foi Jovem Cientista do Nosso Estado da FAPERJ (2010-2012) e pesquisadora de várias edições do PRONEX (Faperj/CNPq). Foi pesquisadora visitante na University of Michigan (2007), Roberta Buffet Visiting Professor in International Studies na Northwestern University (2009), Tinker Visiting Professor na Universidade de Chicago (2015-2016) e Andrés Bello Chair in Latin American Cultures and Civilizations na New York University (Spring 2018).