Лилия (Лидия) Михайловна Толмачева родилась в Руднево, Волгорадская обл.
   После школы поступила в Школу-Студию МХАТ (мастерская В. Станицына и С. Блинникова).
   С 1952 по 1955 годы работала в Саратовском ТЮЗе, играла ведущие роли.
   В 1955 году, выдержав конкурс на роль Нины в спектакле "Маскарад" М.Ю. Лермонтова, поступила в Московский театр имени Моссовета.
   Одна из инициаторов создания Московского театра «Современник».
   С 1957 года – актриса театра «Современник».
   С конца 1970-х вплотную занялась режиссурой, впрочем, как и ряд других ведущих артистов театра. В истоках ее режиссерского почерка лежит бесконечная вера в актера, в возможности психологического, а не концептуального театра. Поэтому ее постановки отличались внутренней глубиной, интересом к душевным тайнам героев.
   Кинороли актрисы немногочисленны.
   Заслуженная артистка РСФСР (1968).
   Народная артистка РСФСР (1981).
   Похоронена на Ваганьковском кладбище Москвы.