Лилиан Хеллман родилась в Новом Орлеане, в еврейской семье. Она окончила Колумбийский университет. Некоторое время занималась журналистикой и театральной критикой, работала редактором в газете New York Herald Tribune. В 1925 году Лилиан вышла замуж за драматурга Артура Кобера (англ. Arthur Kober), брак с которым продлился до 1932 года. В 1930 году Лилиан Хеллман переехала в Голливуд, где стала редактировать сценарии для студии MGM. Там она познакомилась с писателем, автором детективных романов Дэшилом Хэмметом, который оставался её другом и наставником до конца своей жизни.
В 1934 году Лилиан написала свой первый рассказ — «Детский час», который был восторженно принят критикой и читателями. Он рассказывал историю девочки, из мести оболгавшей двух учительниц. По выражению самой писательницы, это была история «не о лесбийских отношениях, а скорее о силе лжи». Рассказ был адаптирован для постановки в театре, а также экранизирован в 1961 году. Главную роль в нём исполнила Одри Хепбёрн. Большой успех также ожидал следующую пьесу Хеллман — «Лисички», повествовавшую о внутрисемейной ненависти и алчности. Снятый в 1941 году по пьесе одноимённый фильм был номинирован на получение премии Оскар в девяти категориях, не выиграв, однако, ни в одной.
Лилиан Хеллман путешествовала по Испании в разгар гражданской войны. Под впечатлением от увиденного, она написала свою первую антифашистскую пьесу «Стража на Рейне» (1941), за которую была награждена премией ассоциации критиков Нью-Йорка (англ. New York Drama Critics Circle Award). Особую популярность Хеллман снискала в кругах сторонников левых политических сил США. Лилиан никогда не являлась членом Коммунистической партии США, но время от времени принимала участие в акциях и мероприятиях левых и либеральных организаций. В некоторых её пьесах («Стража на Рейне», «The Searching Wind») Хеллман открыто критиковала американское правительство за то, что они не сумели распознать Гитлера и Муссолини на раннем этапе и победить их тогда.
В 1950 году Хеллман была внесена в Чёрный список Голливуда, а в 1952 году она была приглашена на заседание Комиссии по расследованию антиамериканской деятельности. Комиссии было известно о том, что давний партнёр Лилиан, Хэммет являлся членом Коммунистической партии. От неё потребовали назвать сообщников и соратников по коммунистической деятельности. Лилиан Хеллман отказалась в резкой форме:
В 40-е и 50-е годы Лилиан Хеллман продолжала писать пьесы и участвовать в общественной жизни. Тем не менее, к началу 60-х годов она отошла от драматургии и переключилась на мемуары. В этот период, находясь под впечатлением от студенческого движения, Хеллман начинает преподавать. До последних дней своей жизни она преподавала в различных учебных заведениях, включая Гарвардский и Йельский университеты.
В 1969 году Хеллман опубликовала первый из трёх автобиографических романов, «Незавершенная женщина», о своих социальных, политических и творческих взглядах. Через четыре года вышел роман «Pentimento», а еще через три — «Время негодяев». Все три романа рассказывают о жизненном и творческом пути сильной женщины, не побоявшейся выступить против правительства, отстаивать свою точку зрения, не теряя собственного достоинства и не поступаясь принципами.
Лилиан Хеллман умерла 30 июня 1984 года в Мартас-Винъярд (Массачусетс) в возрасте 79 лет от остановки сердца. Она похоронена на кладбище Chilmark Cemetery в городке Чилмарк (Массачусетс).
Противостояние двух писательниц окончилось со смертью Лилиан Хеллман в 1984 году. Мэри Маккарти умерла пятью годами позже.