Lilienthal, van Joodse afkomst, werd geboren in Moskou, Russisch Rijk, en verhuisde naar Hongarije op tweejarige leeftijd. Hij speelde voor Hongarije in drie Schakenolympiaden: Folkestone 1933
(score +7−0=6 als reserve, de vijfde speler van het team), Warschau 1935 (score +11−0=8 op het tweede bord), en Stockholm 1937 (score +9−2=6 op het tweede bord), leidend zijn team naar de zilveren medaille. Hij won de individuele gouden medaille voor zijn bord (reserve en tweede bord, respectievelijk) op de Olympische Spelen van 1933 en 1935, en had het vierde beste resultaat op het eerste bord in 1937. Zijn totale score in de Olympische Spelen was 75,51%.