Lilienthal var sønn av ungarske jøder og han flyttet til Ungarn i en alder av to år. Han spilte for Ungarn i tre sjakk-olympiader på 1930-tallet. Lilienthal emigrerte til Sovjetunionen i 1935, og han ble tildelt sovjetisk statsborgerskap i 1939. Han deltok i Sovjet-mesterskapet åtte ganger. Hans beste resultat kom i mesterskapet i 1940, da han delte førsteplassen med Igor Bondarevskij. Hans siste sjakk-turnering var i Zamárdi i 1980.