David Lilleys erster größerer Erfolg war der Gewinn der Amateureuropameisterschaft 1995 durch einen 8:7-Finalsieg gegen seinen Landsmann David Gray. Bei der Amateurweltmeisterschaft desselben Jahres gelang ihm ebenfalls der Einzug ins Endspiel. Dort unterlag er jedoch dem Thailänder Sakchai Sim-Ngam mit 7:11. 1997 erreichte er erstmals das Finale der englischen Amateurmeisterschaft und gewann dieses mit 8:7 gegen Robert Marshall. Bei der Amateur-WM 1997 erreichte er das Viertelfinale. 1999 wurde er durch einen 8:5-Sieg im Finale gegen Andrew Norman englischer Amateurmeister. Im selben Jahr erreichte er das Halbfinale der Amateureuropameisterschaft und das Finale der Amateur-WM, in dem er dem Waliser Ian Preece mit 8:11 unterlag. 2000 verlor er das Finale der englischen Amateurmeisterschaft mit 5:8 gegen Nick Marsh. Im Februar 2002 nahm er erstmals an der Qualifikation zur Profiweltmeisterschaft teil, schied jedoch in der zweiten Qualifikationsrunde gegen Timothy Paling aus. 2004 gewann Lilley durch einen 8:6-Sieg gegen Wayne Cooper zum dritten Mal die englische Amateurmeisterschaft. Bei der Amateur-WM 2004 unterlag er im Halbfinale dem späteren Weltmeister Mark Allen nur knapp mit 6:8. In der Qualifikation zur Profi-WM 2005 schied er in der dritten Runde gegen Stuart Mann aus. Bei der englischen Amateurmeisterschaft 2007 verlor er im Finale gegen Martin Gould nur knapp mit 7:8.