Er wurde bekannt durch preisgekrönte Filme wie die Trilogie "La Victoria", "Es herrscht Ruhe im Land" und "Der Aufstand". Für den Film "David" erhielt er bei der Berlinale 1979 den Goldenen Bären. In den 1960er und -70er Jahren gehörte Peter Lilienthal zu den Mitbegründern des Neuen Deutschen Films, gemeinsam mit Kollegen wie Wim Wenders und Rainer Werner Fassbinder.