Людвиг Лилль родился 23 октября 1897 года в городе Подволочиск (ныне город в Тернопольской области). Он рано осознал своё призвание, в 15 лет написал свою первую картину.
Среднее образование получил во Львове, изучал медицину, но бросил, отправившись учиться в Берлин в мастерскую Александра Архипенко. Слушал лекции Пауля Клее в художественном институте «Баухауз» (1921—1922).
В 1920–1923 годах входил в краковскую группу "формистов", интересовавшихся одновременно кубизмом и сюрреализмом. Организовал выставку группы «Львовский формист» (1922). Создавал декорации для экспериментальных театров (1925).
Участвовал в деятельности Еврейского литературно-художественного товарищества (1926).
В 1929 году Лилль стал одним из лидеров группы Artes, которая вплоть до 1935 г. пропагандировала в Галиции авангардное искусство. Выставлял свои работы вместе с группой, в том числе, на первой выставке в январе 1930 года.
Людвиг Лилль был членом Львовского профессионального союза художников пластиков, в том числе его главой (1932—1937).
Он приехал в Париж в начале 1937 года. Вощел в группу польских художников, живших во Франции.
В начале творчества художник тяготел к экспрессионизму, применял деформации, резкие контрасты, гротеск; потом творил в духе кубизма, «Новой вещественности». Затем перешел к конструктивизму и абстракционизму. Создавал таинственные подводные пейзажи, фантастические видения, близкие к стилистике сюрреализма (1930-х годов). Использовал преимущественно сангину, уголь, мел, тушь. Вырезал небольшие терракотовые скульптуры с изображениями животных. В графике применял эстамп и сухую иглу. Оформлял балетные спектакли труппы Б. Катц (1931—1937).
Иллюстрировал книги: «Гильгамеш» Ю. Виттлина, «Песнь песней» Б. Дана, «Miłość Magdaleny» Р.-М. Рильке.
Ряд докладов и статей посвятил синагогам, другим памятникам еврейского искусства в Галичине. Организовал во Львове выставку «Еврейских художественных промыслов»(1933). Стал основателем Львовского музея еврейской религиозной общины (1934) и автором путеводителя музея (1937).
Во время войны ему удалось остаться в Париже, он принимал участие в движении Сопротивления. Лилль посвятил много времени спасению произведений еврейского искусства, заложив, таким образом, основы коллекции, экспонаты которой сейчас находится в музее Искусства и истории иудаизма в Париже и в музее Израиля в Иерусалиме.
После войны он продолжил заниматься живописью. Также занимался гравюрой, в том числе, иллюстрировал польский перевод «Песни песней Соломона», опубликованный в 1922 году во Львове.
Был избран председателем Союза польских художников во Франции.
Умер 23 апреля 1957 года в Париже.
