Den mångsidiga 27-åringen har tecknat ett treårigt kontrakt och kommer att göra sitt 150:e framträdande för klubben Rugby Park när han gör sin andra debut.
Hamill spelade på höger sida under Mixu Paatelainen i Rugby Park innan han användes mer i mittfältet medan han var i Hearts.
Men hans treåriga trollformel på Tynecastle slutade efter att klubben förvisades från den skotska premiärministern.
I sin första akt som Hearts nya ägare, Ann Budge dispenserade med tjänster av Hamill och klubbens andra två mest erfarna spelare, Jamie MacDonald och Ryan Stevenson, tillsammans med Gary Locke och hans ledningsgrupp.
Ayrshire-födde Hamill hade kommit genom Kilmarnocks ungdomsled och var begränsad för Skottland på Under-21-nivå.
"Vi är glada att kunna bekräfta att Jamie Hamill kommer att återvända till Rugby Park efter att ha skrivit på ett avtal som kommer att hålla honom på klubben fram till 2017," ett Kilmarnock uttalande bekräftat.
Jamie Hamill har återvänt till Kilmarnock efter sin sommarsläppning av Hearts.