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.
1953. gadā Lilija Dzene publicēja pirmās teātra izrāžu recenzijas un rakstus par aktieriem, 1963. gadā iznāca grāmata "Mūsu paaudzes aktieri", 1964. gadā talantīgā rakstniece publicēja aktrisei Mirdzai Šmithenei veltīto monogrāfiju "Labais mūžs", tai sekoja Kārlim Sebrim, Lidijai Freimanei, Elzai Radziņai, Harijam Liepiņam, Alfrēdam Jaunušanam, Jānim Kubilim, Eduardam Pāvulam u. c. aktieriem un teātriem veltītās vairāk nekā 10 tēlaini, profesionāli rakstītās monogrāfijas, kā arī daudzas publikācijas žurnālos "Māksla", "Teātra Vēstnesis", laikrakstā "Literatūra un Māksla" u. c. izdevumos.
Rakstniece, mākslas doktore, emeritētā zinātniece, Latvijas Zinātņu akadēmijas Goda locekle (1994), Triju Zvaigžņu ordeņa kavaliere (1995) Lilija Dzene kā patiesas cieņas apliecinājumu 2004. gadā saņēma balvu par mūža ieguldījumu teātra mākslā.