Née à Moscou en 1965, Lilya Zilberstein commence le piano à l’âge de cinq ans. Elle étudie à la célèbre École de musique Gnessin puis à l’Institut Gnessin auprès d’Alexander Satz, sous la guidance duquel elle obtient ses diplômes supérieurs en 1988. Sa carrière prend une dimension internationale extraordinaire dès 1987 lorsque, à vingt-deux ans, elle remporte le premier prix du Concours international de piano Ferruccio Busoni à Bolzano — le premier prix n’ayant pas été attribué depuis quatre ans.

Installée en Allemagne en 1990 puis en Autriche, elle fait ses débuts avec l’Orchestre philharmonique de Berlin sous la direction de Claudio Abbado, marquant le début d’une discographie prestigieuse chez Deutsche Grammophon (concertos de Grieg, Tchaïkovski, Rachmaninov). Partenaire privilégiée de Martha Argerich avec laquelle elle forme un duo de pianistes légendaire pendant plus de vingt ans (se produisant au Festival de Lugano, au Festival de Salzbourg et à la Laeiszhalle de Hambourg), elle joue aussi avec Maxim Vengerov, Gautier Capuçon et le Quatuor Borodine.

Depuis 2015, elle est professeure titulaire de la chaire de piano à la célèbre Université de musique et des arts du spectacle de Vienne (MDW) et succède à Paul Badura-Skoda à l’Accademia Musicale Chigiana de Sienne.