Роден на 31 август 1933 г. в с. Граничак, Видинско. Завършил е българска филология в Софийския университет "Климент Охридски" и "Естетика и теория на изкуството" в Академията за обществени науки в Москва.  През 1968 г. защитава кандидатска дисертация на тема "Интелектуалното и емоционалното в изкуството", а през 1981 г. – докторска дисертация на тема "Природата на художественото творчество" във Философската катедра на Московския държавен университет "Михаил Ломоносов". През 1971 г. получава званието "старши научен сътрудник" ІІ степен в Института по изкуствознание – София. 

По върховете на властта от 1974 до 1983 г. Беше член на Политбюро и секретар на Централния комитет на Българската комунистическа партия /БКП/, отговарящ за идеологическата работа. Вторият след Живков!
Беше близък с Людмила Живкова. След нейната смърт (1981) мястото му започна видимо да изстива.
За махането му имаше две версии - официална - неубедителна,  и неофициална - вероятна: личностно превъзхождаше Първия и беше "един втори".

След отстраняването му от ръководството на БКП, при запазване на всички битови привилегии, което беше практика при Живков: махаше от длъжност, политически заклеймяваше, но... запазваше стандарта на махнатия. Не си създаваше озлобени врагове!

Лилов специализира във Великобритания. Стана директор на създадения от и за него Институт за съвременни социални теории. През 1984 г. е хабилитиран за професор в катедра "Философия, етика и естетика" на СУ "Св. Климент Охридски". През 1985 г. е избран за член-кореспондент на БАН. От 1983 до 1990 г. е директор на споменатия Институт.
Специализирал е в Москва и Лондон.

През ноември 1989 година във вестник "Правда" се появи кратка информация, че се връща в ЦК на БКП. Започваше вторият му поход в политиката. След няколко дни наистина се върна.

Януари 1990 - декември 1991 г. - председател на Висшия партиен съвет на БСП, избран на 14-я извънреден конгрес на партията (до 40-ия конгрес на партията същата година, когато лидерският пост се заема от Жан Виденов)  Участва в работата на Кръглата маса.

Лилов е българският политик с най-голям стаж като народен представител - в 4-тото, 6-тото, 7-ото и 8-ото Народни събрание до 10. 11.1989 г.  След тази дата в медиите се ползва с прозвището "Стратега". 

1990 - 1998 г. - депутат в 7-ото велико народно събрание, в 36-ото, 37-ото и 38-ото народни събрания с листата на БСП. 

1993 г. - ръководител на създадения от него Център за стратегически проучвания към БСП. 

Автор на следните монографии:
1971 г. - "Критика на съвременни буржоазни теории за природата на изкуството".
1979 г. - "Към природата на художественото творчество".
1985 г. - съставител и автор на сборника "Европа - да бъде или да не бъде"
1986 г. - "Въображение и творчество".
1988 г. - Сборник "Европа - диалог и сътрудничество".
1989 г. - "Философско-теоретически проблеми на ядрената война".
2004 г.   - "Диалогът на цивилизациите"
2006 г.  "Информационната епоха" – т. І "Цивилизациите"
2007  г.                                     - т. ІІ "Световният и българският преход"
2008  г.                                     - т. ІІІ "Информационното(ите) общество(а)"

Издава списание "Понеделник".

Автор на много статии, студии и брошури, някои издадени в чужбина.

Женен с две деца.

Владее руски и френски език.

Починал на 20 юли 2013 г.

Още:  "Лилов според Димитър Йончев"