Лилия Олимпиевна Гриценко родилась в городе Горловке, Бахмутский уезд, Екатеринославская губерния (ныне Донецкая Народная Республика в составе РФ). Сестра Николая Гриценко.
   Окончила Оперно-драматическую студию им.К.С.Станиславского (1941, оперное отделение).
   С 1937 выступала на сцене как оперная певица. В 1948-1957 - актриса Драматического театра им.К.С.Станиславского.
   С 1958 по 1960 годы состояла в штате Всесоюзного гастрольно-концертного объединения (ВГКО).
   С 1960 - актриса Драматического театра им.А.С.Пушкина.
   Заслуженная артистка РСФСР (1954).
   Народная артистка РСФСР (1957).
   Похоронена на Новодевичьем кладбище рядом с братом.