Лилия Анатольевна Воробьёва родилась 17 апреля 1952 года в Свердловске. Будучи школьницей, занималась в балетном кружке при Дворце пионеров (руководитель О. Ф. Щадных).
В 1970 году окончила Пермское хореографическое училище (класс Л. П. Сахаровой).
С 1970 года выступала в Свердловском (Екатеринбургском) театра оперы и балета. Её педагогом-репетитором была заслуженный деятель искусств РСФСР Клавдия Черменская. Первой большой партией стала Золушка в одноимённом балете Сергея Прокофьева. Была примой театра в 1970—1990-х годах. Её партнёрами были такие солисты, как заслуженные артисты России Евгений Амосов, Александр Федотов и Юрий Веденеев. Исполнила в театре практически все сольные партии классического репертуара, выступала в ведущих театрах США, Италии, Германии, Швейцарии, Индии и Японии.О ней писали: «Она покоряет силой артистизма, упоённостью творческим счастьем. За внешней непосредственностью, подчас наивностью в танце балерины кроется творческая воля, бьётся мысль» («Советская культура» )В настоящее время — педагог-репетитор балетной труппы театра. Среди её учеников — солисты театра, заслуженные артисты России Маргарита Рудина и Алексей Насадович, Виктор Механошин, Елена Соболева, Елена Кабанова, Олеся Мамылова, Елена Воробьёва, Елена Трубецкова.