Лилиенталь родился в 1929 году в Берлине в семье театральных художников. Еврейские корни матери семейства вынудили их в 1939-м бежать в Уругвай. Петер закончил школу и университет в Монтевидео, студентом начал снимать короткометражки.
В 1961-м Лилиенталь поступил в Берлинский художественный университет, двумя годами ранее сняв свой первый полноценный фильм - это была документальная лента. Работал на радио, на ТВ - снимал и документальные фильмы, и игровые - с конца 60-х. В 1979-м завоевал "Золотого медведя" Берлинале.
Внимательный зритель может помнить Лилиенталя по роли в "Американском друге". Это артхаусная драма Вендерса с Дэннисом Хоппером по мотивам второго и третьего романов Хайсмита про афериста Тома Рипли. Хоппер там Рипли и сыграл.
Автору оригинала интерпретация не понравилась категорически, но очень "зашла" Копполе - так Вендерс, собственно, и попал в Голливуд.