Отец — художник-декоратор, мать после эмиграции в 1939 г. в Уругвай — владелица отеля в Монтевидео. Начинал как банковский служащий, зарабатывая себе на образование. В университете Монтевидео изучал историю искусств, музыки, право. Здесь же Л. становится членом киноклуба, где снимает свои первые короткометражки о социальных проблемах сельского населения Уругвая. В 1956 г. добивается стипендии для учебы в парижском ИДЕКе, но после кратковременного пребывания там переходит в Высшую школу изобразительных искусств в Берлине, где сначала изучает живопись, затем экспериментальную фотографию и кино. Вместе с коллегами в 1958 г. снимает экспериментальный фильм "Этюд 23", а год спустя появляется его собственный документальный фильм о шарманщике в Берлине "Заработанный мгновенно". С 1959 г. Л. работает на студии "Зюдвестфунк" в Баден-Бадене, сначала ассистентом режиссера, затем режиссером. С 1964 г. работает на радио "Свободный Берлин" в Западном Берлине. В 1966-1968 гг. — доцент Немецкой академии кино и тв в Берлине.
В игровом кино Л. дебютирует в 1969 г. фильмом "Малатеста", в котором на примере судьбы итальянского анархиста начала века Энрико Малатесты исследует проблему политического насилия. Серьезность и актуальность выдвинутой на первый план темы, несомненный талант режиссера способствовали тому, что о Л. заговорили как о надежде "нового немецкого кино".
Проблеме политического насилия и власти посвящен поставленный в 1975 г. в Португалии фильм "В стране царит покой", анализирующий причины и последствия военного путча в Чили в сентябре 1973 г. Спустя несколько месяцев после победы Сандинистской революции в Никарагуа Л. снимает фильм "Восстание" (1980). Однако здесь в центре внимания оказывается мучительный процесс становления сознания солдата национальной гвардии диктатора Сомосы, который в конце концов присоединяется к сандинистам.
В отличие от предыдущих фильмов о зарубежье, постоянно обращенных к современности, картины Л., действие которых происходит в Германии, анализируют прошлое: "Старший учитель Хофер" (1974) рассказывает о том, как сельский учитель пытается изменить архаичную социальную структуру в эльзасской деревушке начала 20-го столетия. В центре "Давида" (1979; "Золотой медведь" на МКФ в Западном Берлине, 1979) история еврейского мальчика, жившего в Берлине в 1933—1943 гг. и познавшего весь ужас Холокоста.
В фильмах 80-х героям Л. противостоят не исторические события, а повседневное насилие. Но в этих картинах уже нет обреченности. В "Дорогом мистере Вандерфуле" (1982) нью-йоркский предприниматель проигрывает свой кегельбан строительному спекулянту. Снятый в традициях давнего каммершпиля, фильм полностью концентрируется на своем главном герое, который в момент поражения уже снова строит планы на будущее. В "Автографе" (1983), где Л. вновь обращается к латиноамериканской проблематике, надежда как результат круше-ния иллюзий оказывается определяющим мотивом.
Время от времени Ji. снимается у других режиссеров как актер: " Подкидыш" (1967, реж. Георг Моорзе), "Американский друг" (1977, реж. Вим Вендерс), "Я вижу эту страну издали" (1978, реж. Кристиан Ци-вер), "Мило Мило" (1979, реж. Никое Перакис), "Билетер" (1983, реж. Петер Гериг), "Юлиус едет в Америку" (1983, реж. Ханс Нефер) и др.
С 1985 г. Петер Лилиенталь — первый директор отделения "Кино и медиа" Академии искусств в Берлине.

Фильмография:
"Малатеста" (Malatesta), 1969; "Победа" (La Victoria), 1973; "Старший учитель Хофер" (Hauptlehrer Hofer), 1974; "В стране царит покой" (Es herrscht Rune im Land, Португалия), 1975; "Давид" (David), 1979; "Восстание" (Der Aufstand), 1980; "Дорогой мистер Вандер-фул" (Dear Mr.Wonderful), 1982; "Автограф" (Das Autogramm), 1983; "Молчание поэта" (Das Schweigen des Dichters), 1986; "Велосипедист из Сан-Кристобаля" (Der Radfahrer von San Christobal), 1987.