Талант и популярность Лилии Михайловны Толмачёвой расцвели вместе с «Современником» - в конце 60-х - начале 80-х годов XX века.
Актриса пришла в "Современник" в 1956 году, завершив обучение в Школе-студии МХАТ и отработав три года в родном Саратове, чтобы остаться здесь на 57 лет. Она стала одним из основателей театра и его ведущей актрисой, выходила на сцену во всех постановках по пьесам В.С. Розова, работала вместе с Олегом Ефремовым, Галиной Волчек, Татьяной Лавровой, Игорем Квашой, Евгением Евстигнеевым.
А в конце 70-х стала режиссёром и поставила спектакли «Фантазии Фарятьева» и «Генрих IV».
В конце 50-х началась карьера актрисы в кино.
В 1958 году она снялась в дебютной главной роли в социальной драме Владимира Басова "Жизнь прошла мимо", повествующей о судьбе вора-рецидивиста. Критика не одобрила картину, в которой главным героем стал уголовник, а советская действительность предстала перед зрителями в мрачных тонах.
Картина "Шумный день" стала экранизацией пьесы Виктора Розова "В поисках радости", главной темой которой звучит борьба с мещанством.
В биографической ленте о жизни немецкого композитора актриса сыграла Джульетту Гвичарди.
Актриса участвовала в телеспектаклях:
Ещё студенткой Лилия Толмачёва стала женой Олега Ефремова. И пусть их семейный союз оказался очень коротким, супруги на всю жизнь сохранили тёплые, дружеские отношения.
В 2007-м актриса приняла участие в создании документального фильма "Мужское обаяние Олега Ефремова", построенного на исповедях талантливых, неординарных женщин, которых судьба связала с великим режиссёром.
Вторым мужем Лилии Михайловны стал литературный редактор Виктор Фогельсон. Они прожили вместе долгую, счастливую жизнь. Правда, детей у пары не было. Женщина пережила супруга на 19 лет. Она ушла в 81 год, прожив интересную творческую жизнь.