Елизавета Николаевна Кедрова родилась в советском Петрограде в семье оперной певицы Софьи Кедровой и профессора Петербургской консерватории, создателя известного музыкального мужского квартета Кедрова Николая Кедрова. В 1922 году вместе с родителями и старшим братом эмигрировала в Германию, а потом в 1928 году переехали во Францию, в Париж.
Театральная карьера Лили началась в 1945 году в спектакле по Достоевскому «Братья Карамазовы» (театр «Ателье»). В комедии, написанной Робером Оссей-ном, «Ограниченная ответственность» Лиля играла в тетре «Фонтейн» в 1954 году. В период с 1945 по 1977 годы Лиля переиграла всю французскую и зарубежную классику на подмостках небольших парижских театров — «Ателье», «Пош», «Антуана» и других.
Лиля довольно успешно исполняла характерные роли во французских комедиях, а в 1964 году была удостоена «Оскара» за лучшую женскую роль второго плана (фильм «Грек Зорба»). После этого снялась ещё в нескольких голливудских фильмах и перебралась в Канаду. В 1983 году ей была присуждена театральная премия «Тони» за сценическую версию «Грека Зорбы». Последний её фильм относится к 1993 году, а последний спектакль — к 1991.
Лиля Кедрова скончалась от пневмонии в своём летнем доме в канадском городе Су-Сент-Мари, провинция Онтарио, 16 февраля 2000 года.
В общей сложности фильмография актрисы насчитывает более 60 фильмов.