Gabriel Fauré, ami de la famille, est émerveillé par sa précocité et lui donne ses premières leçons depiano. Elle est âgée de deux ans lorsque les premiers troubles de déficience immunitaire apparaissent avec unetuberculose intestinale. Dès lors, elle sera constamment malade. L'enfant reçoit à domicile l'enseignement d'éminents professeurs, notammentGeorges Caussade pour lafugue et lecontrepoint. Elle étudie, outre lepiano, leviolon, levioloncelle, laharpe — elle a pour professeur le célèbre harpisteAlphonse Hasselmans —, l’orgue. Elle s'essaie à la composition, encouragée par sa sœur Nadia, mais ne subsiste de ses œuvres de prime jeunesse qu'unevalse en mi majeur, composée en1906.
En1914, Lili Boulanger part pour l'Italie avec sa mère rejoindre les lauréats duprix de Rome à l'Académie de France à Rome (Villa Médicis), sous le directorat d'Albert Besnard[5]. Pendant le trajet, lors de leur passage à Nice, elle demande à Maurice Maeterlinck l'autorisation de mettre en musique laPrincesse Maleine. Durant ce premier séjour de quatre mois — écourté par l'éclatement de laPremière Guerre mondiale —, elle entame la rédaction de ses troisPsaumes (lesPs.XXIV,CXXIX,CXXX), ainsi que saVieille prière bouddhique, œuvres qui ne seront achevées qu'en1917. Elle commence un cycle de mélodie,Clairières dans le Ciel d'aprèsTristesses deFrancis Jammes dont elle obtient l'autorisation de changer le titre. Elle choisit notamment treize des vingt-quatre poèmes du cycle[2].
En 1916, elle retourne à Rome, accompagnée de Nadia Boulanger, autant pour la poursuite de son séjour à la Villa Médicis que pour des raisons de santé. Elle rentre alors en France et est la plupart du temps alitée. Une opération en 1917 ne change rien à son état. C'est entre 1916 et 1918 qu'elle composera ses plus grandes œuvres parmi lesquellesDans l'immense tristesse, sa dernière mélodie mais aussi lePsaume 24 : La Terre appartient à l'Éternel qui renoue avec l'inspiration religieuse de ses premières esquisses, lesPsaumes 129 : Ils m'ont assez opprimé et130 : Du fond de l'abîme.
Atteinte detuberculose intestinale, liée à lamaladie de Crohn[8], elle meurt à l'âge de vingt-quatre ans le, précédant de dix joursClaude Debussy. LaPrincesse Maleine était alors presque achevée selon certains, mais la partition a été perdue[2]. Elle repose, ainsi que sa sœur, aucimetière de Montmartre (division 33, à l'angle de l’avenue Saint-Charles et du chemin Billaud). Nadia, elle, poursuit une très brillante carrière musicale de pédagogue, jusqu'à sa mort, en 1979[4].
Ses compositions incluent des pièces orchestrales ou pour piano, orgue, violon, violoncelle,hautbois ouflûte et, surtout vocales sur des poèmes deJammes,Maeterlinck,Musset ou bien sur des textes depsaumes. Le diagnostic précoce de sa maladie semble avoir accru sa créativité et ses nombreuses œuvres, d'inspiration biblique ou mystique, semblent marquées par son tragique destin. Plusieurs sont restées inachevées ou sont perdues.
Cortège, version pour piano seul (1914) ; Les piècesD’un vieux jardin,D’un jardin clair etCortège ont été publiées ensemble sous le titreTrois morceaux pour piano ;
Nadia Boulanger a organisé et dirigé, en octobre 1968, un concert dédié au 50e anniversaire de la disparition de sa sœur cadette. Il s'agissait d'un double hommage tant à sa sœur (Pie Jesu) qu'à son professeurGabriel Fauré (Requiem). L'événement a eu lieu à Londres, en collaboration avec laBBC, qui voulait l'enregistrement direct en faveur de son émission. Un disque du concert a été publié après le décès de Nadia.
En 2003, les frèresLionel etStéphane Belmondo ont créé l'ensemble de jazzHymne au Soleil, d'après lapièce éponyme de Lili Boulanger. Ils ont réalisé plusieurs transcriptions de pièces de Lili Boulanger pour leur ensemble[13].
Lili Boulanger :Du fond de l'abîme, Psaumes 24 & 129, Pie Jesu, Vieille pièce bouddhique, 3 pièces pour violon et piano (Y. Menuhin & C. Curzon) -Orchestre Lamoureux, dir.Igor Markevitch, LP Emi CDM 7 64281 2) (1958 & 1967)
Lili Boulanger :In memoriam : Thème et variations pour piano - D'un matin de printemps pour violon et piano - Nocturne pour violon et piano - Cortège pour violon et piano - Clairières dans le ciel (poésies deFrancis Jammes) : Elle était descendue - Si tout ceci - Nous nous aimerons tant - Demain, fera un an - D'un vieux jardin pour piano - D'un jardin clair pour piano - Dans l'immense tristesse pour voix et piano - Le retour pour voix et piano - Pie Jesu pour voix, harpe, orgue et quatuor à cordes, (+ œuvres deNadia Boulanger), Isabelle Sabrié, Sylvie Robert, Doris Reinhardt (sopranos),Olivier Charlier (violon),Émile Naoumoff (piano), CD Patrimoine Naxos, (1993)
Lili Boulanger :Psaumes 24 - 129 - 130, Pour les funérailles d'un soldat, D'un soir triste, D'un matin de printemps, Vieille prière Bouddhique, Sonia de Beaufort (mezzo-soprano), Martial Defontaine (ténor), Vincent Le Texier (baryton),Chœur symphonique de Namur,Orchestre philharmonique du Luxembourg, dir. Marc Stringer, CDTimpani (1998)
Lili Boulanger :Les mélodies (Clairières dans le ciel — Quatre mélodies — Trois morceaux pour piano),Jean-Paul Fouchécourt (ténor), Sonia de Beaufort (mezzo-soprano) et Alain Jacquon (piano), CDTimpani, (1999)
Lili Boulanger :Psaume 24 – Faust et Hélène – D’un soir triste – D’un matin de printemps – Psaume 130,Lynne Dawson (mezzo-soprano),Ann Murray (mezzo-soprano), Bonaventura Bottone (ténor), Neil MacKenzie (ténor), Jason Howard (basse), City of Birmingham Symphony Chorus,BBC Philharmonic, dir.Yan Pascal Tortelier, CDChandos (1999)
Lili Boulanger :Nocturne pour alto et harpe (+ œuvres de Bochsa, Chausson, Damase, Hérold, Milandre, Proust),Pierre-Henri Xuereb (alto),Rachel Talitman (harpe), CD Harp & C° (2008)
Lili Boulanger :Hymne au Soleil : Œuvres chorales, Orpheusvokalensemble, Antonii Baryshevskyi (piano), Michael Alber (direction), Carus 83.489/00 (2018)[15]
Lili Boulanger :Nocturne, pour flûte et piano (plus œuvres deGermaine Tailleferre,Mel Bonis,Lita Grier,Nancy Galbraith) dansDay & Night : Modern Flute & Piano Duos by Women Composers, Erin K. Murphy (flûte) et Kirstin Ihde (piano), Albany (2020)