Estrella norteamericana del cine mudo. Fue la heroína romántica y sensible necesitada de protección que creó WD Griffith como modelo de mujer en los comienzos del cine. Siendo muy niña, debutó en el teatro en la compañía de Alice Niles en la obra In convict striper. Junto con su hermana Dorothy se introdujo en el cine a través de Mary Pickford, quien a su vez estaba iniciando su carrera con Griffith. Lilian y su heramana trabajaron como extras en innumerables filmes cortos, hasta que le llegó un papel en El enemigo invisible (The Unseen Enemy, 1912), que protagonizó Pickford. Corazón de madera india (The Mothering Heart, 1913) fue su primer rol importante, y con Judith de Bethulia (idem, 1913), el primer largometraje producido en los Estados Unidos, obtuvo su primer éxito.
Su consagración como actriz dramática le llegó con El nacimiento de una Nación (The Birth of a Nation, 1915), una de las obras principales de Griffith, que la encumbró como figura representativa de la época. Gish fue protagonista de todos los filmes de Griffith, pero sobresalió especialmente en Pimpollos rotos (Broken Blossoms, 1919) y A través de la tempestad (Way Down East, 1920). Cuando la estrella de Griffith comenzó a decaer, Lillian participó en filmes como La Boheme (Idem, 1926), de King Vidor, La letra escarlata (The Escarlet Letter, 1926) y El viento (The Wind, 1928), ambas filmadas por Victor Sjöström en Hollywood.
Como a muchas estrellas del cine mudo, la llegada del sonido la alejó progresivamente de la pantalla, aunque siguió vinculada a la actuación trabajando en teatro y luego en TV. En 1961 recibió el premio Pulitzer por All the Way Home y en 1970 le fue otorgado un Oscar por su trayectoria. Su último film fue Las ballenas de agosto (The Whales of August, 1987), de Lindsay Anderson, en el que trabajó junto a Bette Davis.