Muziek stroomde door haar genen: haar moeder, Raïssa Myshetskaya zong als mezzosopraan bij de Opéra Comique en haar vader, Ernest Boulanger, was zangdocent aan het conservatorium van Parijs en cellist bij de Chapelle royale. Hij won de Prix de Rome toen hij nog maar 19 jaar was. Haar zus, Nadia Boulanger, maakte vooral faam als muziekpedagoge: grootheden als Leonard Bernstein, Darius Milhaud en Philip Glass gingen bij haar in de leer.

Lili Boulanger behaalde in 1913, als eerste vrouwelijke componiste ooit, de Prix de Rome met haar cantate Faust en Hélène. Maar liefst 31 van de 36 stemmen gingen naar haar inzending. Ook Claude Debussy sprak zijn bewondering uit: ‘Lili Boulanger… nog maar 19 jaar. Maar haar ervaring in het technische aspect van het componeren is veel groter!’

Lili Boulanger kampte met een broze gezondheid: toen ze twee jaar oud was, kreeg ze een bronchiale longontsteking die haar immuunsysteem aantastte, en daarnaast leed ze aan de ziekte van Crohn. Door haar ziekte was ze vaak bedlegerig en vermoeid. Maar dankzij haar doorzettingsvermogen en nieuwsgierigheid slaagde ze erin om op amper tien jaar tijd een indrukwekkend oeuvre te componeren, met naast enkele kamermuziekwerken ook grootschalige composities voor koor en/of orkest. Haar bekendste compositie is het Pie Jesu dat ze op haar sterfbed aan haar zus Nadia dicteerde.

In 1916 ontmoette ze toneelschrijver Maurice Maeterlinck en vroeg ze hem de toestemming om zijn theaterstuk La princesse Maleine te gebruiken voor een opera. Maeterlinck stond dat toe, maar door haar vroege dood kon ze het werk nooit voltooien.

Lili Boulanger was ook sociaal geëngageerd. Samen met haar zus en enkele vrienden richtte ze tijdens de Eerste Wereldoorlog het Comité Franco-Américain du Conservatoire National de Musique et de Déclamation op. Via dit netwerk steunden ze musici die naar het front moesten. Ze verdeelden brieven, eten, kleding en geld en zorgden zelfs voor een muziekkrant. Onder andere Maurice Ravel kreeg steunpakketten van deze organisatie.

Ze had iets met het getal 13: haar naam bestond precies uit 13 letters, de initialen ‘LB’ op de voorkant van haar gepubliceerde werken leken op het getal en voor haar liederencyclus Clairières dans le ciel koos ze bewust 13 gedichten van Francis Jammes uit.