Lilija Dzene piedzima Vecpiebalgas pagastā piensaimnieku ģimenē. Rīgā Lilija dzīvoja tēva brāļa, aktiera, režisora Emīla Mača un aktrises Lilijas Žvīgules ģimenē, kas rosināja meitenes dziļo ieinteresētību par teātra mākslu.
Pēc Rīgas 2. vidusskolas absolvēšanas Lilija Dzene studēja žurnālistiku Latvijas Valsts Universitātē, 1957. gadā Maskavā beidza Teātra mākslas institūtu un sāka strādāt laikrakstā "Cīņa", no 1963. gada bija Valsts Drāmas teātra literārās daļas vadītāja, Kultūras ministrijas pārvaldes vadītāja, Rakstnieku savienības drāmas konsultante, Latvijas Valsts Konservatorijas Teātra fakultātes un Dailes teātra 3. studijas pasniedzēja, kā arī gandrīz 20 gadu ar panākumiem vadīja Zinātņu Akadēmijas Valodas un literatūras institūta Teātra, mūzikas un kinomākslas nodaļu.