Окончила театральное училище им. Б. В. Щукина (1958).
В 1958-1959 - актриса Московского театра им. А. С. Пушкина.
В кино дебютировала в роли Глаши в историко-революционном фильме "Они были первыми" (1956).
В 50-е годы Лилия Алешникова сыграла главные роли в фильмах "Это начиналось так..." (1956), "Город зажигает огни" (1958) и "Солнце светит всем" (1959).
Настоящей удачей была главная роль в комедии "Взрослые дети" (1961), где она снялась вместе с Александром Демьяненко.
Еще одной заметной работой стала роль корреспондентки газеты Люды Миловановой в комедии "Штрафной удар" (1963) с Михаилом Пуговкиным.
В 1984 году Лилия Алешникова снялась в фантастической комедии "Инопланетянка" в роли холодной и бесчувственной инопланетянки О, открывшей на Земле новое для себя чувство любовь
