Als Ausnahmeerscheinung unter Deutschlands Schauspielerinnen wird sie häufig in einem Atemzug mit Marlene Dietrich, Hildegard Knef und Romy Schneider genannt, obwohl sie nie deren Berühmtheit erlangt – mit einem Spektrum von Koketterie über mädchenhaften Schalk bis hin zu damenhafter Grandezza schafft Lilli Palmer in der Mitte des letzten Jahrhunderts den Aufstieg zum internationalen Filmstar
Lilli Palmer kommt am 24. Mai 1914 im westpreußischen Posen als Lilli Marie Peiser zur Welt. Sie ist die Tochter des Chirurgen und Medizinalrates Dr. Alfred Peiser – damals Chefarzt im jüdischen Krankenhaus in Berlin – und der österreichischen Theaterschauspielerin Rose Lissmann. Als Lilli Palmer vier Jahre alt ist, zieht die Familie nach Berlin-Westend. Gegen den elterlichen Willen strebt das Mädchen den Beruf der Schauspielerin an und besucht bereits in ihrer Schulzeit eine Schauspielschule. Nach dem Abitur hat sie erste Auftritte am Berliner Rose-Theater und startet ihre Bühnenkarriere 1932 am Hessischen Landestheater Darmstadt, wo sie mit dem Stück „Glückliche Reise“ erste Bekanntheit erlangt.
Nach der Machtübernahme der Nationalsozialisten darf Lilli Palmer als Jüdin nicht mehr in Deutschland arbeiten – sie geht 1934 nach Paris, wo sie mit ihrer Schwester Irene als „Les Sœurs Viennoises“ in Nachtlokalen auftritt. Danach geht sie nach London, wo sie im Film „Crime Unlimited“ eine Hauptrolle sowie ihren ersten Filmvertrag erhält. 1936 kann man Lilli Palmer neben Peter Lorre in Alfred Hitchcocks „Secret Agent“ („Geheimagent“) in einer Nebenrolle sehen – darauf folgen interessante Film- und Theaterrollen, so etwa in „Sunset in Vienna“ (1937), in „The Great Barrier“ (1937) und in zahlreichen kleineren TV-Rollen im britischen Fernsehen.
1943 heiratet Lilli Palmer den britischen Theater- und Filmschauspieler Rex Harrison – 1944 kommt der gemeinsame Sohn Rex Carey Alfred Harrison zur Welt. Die Schauspielerin geht mit ihrem Mann nach Hollywood und erhält bald zahlreiche Rollenangebote. Zunächst spielt sie unter der Regie von Fritz Lang im Spionagefilm „Cloak And Dagger“ („Im Geheimdienst“, 1946) neben Gary Cooper, in „Body And Soul“ („Jagd nach Millionen“, 1947) und – als letzte ihrer gemeinsamen Filmarbeiten – mit ihrem Mann in der Tragikomödie „Das Himmelbett“ (1952), wofür Lilli Palmer bei den Filmfestspielen von Venedig eine Auszeichnung als „Beste Darstellerin“ erhält. Kurz darauf lassen sich Lilli Palmer und Rex Harrison scheiden und die Schauspielerin kehrt nach Europa zurück, wo sie bald zum Star des Nachkriegskinos wird. Man kann sie neben der jungen Romy Schneider in „Feuerwerk“ (1954) – wo sie in der Rolle einer Zirkusdirektorin das Lied „O mein Papa“ singt – in „Anastasia, die letzte Zarentochter“ (1956) an der Seite von Margot Hielscher, Ivan Desny und Ellen Schwiers und im Psychothriller „Teufel in Seide“ (1955) neben Curd Jürgens sehen. Erneut mit Romy Schneider steht sie im Melodram „Mädchen in Uniform“ (1958) vor der Kamera, bevor sie 1959 noch einmal in Hollywood neben Clark Gable und Carroll Baker in der Komödie „But Not For Me“ („Bei mir nicht“, 1959) zu sehen ist.
1957 heiratet Lilli Palmer den argentinischen Schriftsteller und Schauspieler Carlos Thompson, mit dem sie bis zu ihrem Tod zusammenbleibt. In den sechziger Jahren kann man die Schauspielerin neben William Holden in „The Counterfeit Traitor“ („Verrat auf Befehl“, 1960), in der Komödie „The Pleasure of His Company“ („In angenehmer Gesellschaft“, 1960) mit Fred Astaire, in der Liebeskomödie „Adorable Julia“ („Julia, Du bist zauberhaft“, 1962) mit Charles Boyer, im Kriegsfilm „Treffpunkt Tanger“ (1962) an der Seite von James Mason, in „Miracle Of The White Stallions“ („Die Flucht der weißen Hengste“) neben Curd Jürgens und Robert Taylor, im Agentenfilm „Operation Crossbow“ („Geheimaktion Crossbow“, 1964), in „Duel à la vodka“ („Zwei Girls vom Roten Stern“, 1965) sowie in „Die amourösen Abenteuer der Moll Flanders“ und in „Paarungen“ (1967) sehen. Neben Dirk Bogarde spielt Lilli Palmer in der Agentenkomödie „Sebastian“ („Der mysteriöse Mr. Sebastian“, 1968) mit Dirk Bogarde, an der Seite von James Coburn und Lee Remick im Actionfilm „Hard Contract“ („Der Killer und die Dirne“, 1968), im Erotikfilm „Das ausschweifende Leben des Marquis de Sade“ (1969) mit Senta Berger sowie im Kriminalfilm „Murder In The Rue Morgue“ („Mord in der Rue Morgue“, 1971) neben Christine Kaufmann. Auch in der Literaturverfilmung „Lotte in Weimar“ (1974) und im Thriller „The Boys From Brazil“ (1978) kann man Lilli Palmer sehen.
In den achtziger Jahren steht Lili Palmer nur noch selten vor der Filmkamera, wie in „The Holcroft Covenant“ („Der 4 1/2 Billionen Dollar Vertrag“, 1985) mit Michael Caine sowie in ihrer letzen Filmrolle für die Fernsehproduktion „Peter der Große“ (1986) an der Seite von Maximillian Schell und Jan Niklas. Man kann die Schauspielerin auch hin und wieder in populären TV-Serien sehen, wie in „Derrick“ und „Der Kommissar“.
1974 erscheinen Lilli Palmers Memoiren „Dicke Lilli, gutes Kind“ – das Buch wird zum internationalen Bestseller. Weitere Veröffentlichungen von Lilli Palmer sind „Der rote Rabe“, „Nachtmusik“, „Eine Frau bleibt eine Frau“ und „Wenn der Nachtvogel“. 1978 erhält die Schauspielerin das „Filmband in Gold“ für ihr langjähriges und hervorragendes Wirken im deutschen Film.
Lilli Palmer stirbt am 27. Januar 1986 im Alter von einundsiebzig Jahren in Los Angeles an den Folgen eines Krebsleidens und wird auf dem Forest Lawn Memorial Park im kalifornischen Glendale beigesetzt.