Su verdadero nombre era Lillie Marie Peiser, y nació en la actual Poznań, Polonia, en aquel momento Posen (Prusia).
[1] Mientras actuaba en cabarets, llamó la atención de cazatalentos británicos, que le ofrecieron un contrato para Gaumont Film Company.
Durante su matrimonio Harrison tuvo varias aventuras amorosas, incluyendo una con la actriz Carole Landis, la cual se suicidó en 1948 como consecuencia de su relación con el actor.
En 1978 participó en la película Los niños del Brasil, dentro de un sólido reparto con Gregory Peck, Laurence Olivier y James Mason, entre otras estrellas.
Para la pequeña pantalla fue en 1974 Manouche Roget, en la serie The Zoo Gang, sobre un grupo de antiguos combatientes de la Segunda Guerra Mundial, interpretados por Brian Keith, Sir John Mills, y Barry Morse.
Lilli Palmer fue enterrada en el Cementerio Forest Lawn Memorial Park, en Glendale (California).