Lilienthal, de orixe xudía, naceu en Moscova, Imperio ruso, e mudouse a Hungría aos dous anos. Xogou para Hungría en tres olimpiadas de xadrez: Folkestone 1933 (cortando +7−0=6 como reserva, o quinto xogador do equipo), Varsovia 1935
(correndo +11−0=8 no segundo taboleiro), e Estocolmo 1937 (correndo +9−2=6 no segundo taboleiro, levando ao seu equipo á medalla de prata). Gañou a medalla de ouro individual para o seu taboleiro (reserva e segundo taboleiro, respectivamente) nas Olimpiadas de 1933 e 1935, e tivo o cuarto mellor resultado no primeiro taboleiro en 1937. A súa puntuación total nas Olimpíadas foi do 75,51%.