Lilienthal, keturunan Yahudi, lahir di Moskow, Kekaisaran Rusia, dan pindah ke Hongaria pada usia dua tahun. Dia bermain untuk Hungaria di tiga Olimpiade Catur: Folkestone 1933
(scoring +7−0=6 sebagai cadangan, pemain kelima di tim), Warsawa 1935 (scoring +11−0=8 di papan kedua), dan Stockholm 1937 (scoring +9−2=6 di, memimpin timnya ke medali perak). Dia memenangkan medali emas individu untuk papan (reservasi dan papan kedua, masing-masing) di Olimpiade 1933 dan 1935, dan memiliki hasil terbaik keempat di papan pertama pada tahun 1937. Total skornya di Olimpiade adalah 75,51%.