Lillenberg begann seine Laufbahn im schwedischen Heer 1727 als Freiwilliger im Regiment von Oberst Jean Louis Bousquet (1664–1747) und wurde 1730 dessen Rüstmeister. Er avancierte 1731 zum Fourier, 1732 zum Fähnrich sowie 1739 zum Leutnant. 1742 wechselte er als Kapitän zum Hälsing-Regiment, führte im Finnischen Krieg den Angriff auf Ravijoki und stieg 1744 im Regiment zum Major auf. Er wurde 1749 Ritter des Schwertordens. Im Siebenjährigen Krieg nahm er am Kriegsschauplatz in Pommern teil und erhielt 1760 seine Beförderung zum Oberst. 1765 wurde er Kommandeur und wohl auch Chef des Regiment „Spens“ in Stralsund und hat im selben Jahr mit dem Charakter als Generalmajor seinen Abschied erhalten.