Vedette de music-hall, notamment au Casino de Paris (où elle succède à Mistinguett), Lili Damita commença sa carrière cinématographique en France au début des années 20. Mais c'est en Autriche et en Allemagne, sous la direction du Hongrois Mihály Kertész (futur Michael Curtiz), qu'elle tourne son premier succès, Célimène, poupée de Montmartre, en 1925. Après d'autres films qui lui assurent une certaine renommée européenne (les Mystères d'une âme, G. W. Pabst, 1926), elle part pour Hollywood en 1929, appelée par Samuel Goldwyn. Malgré quelques films prestigieux comme Têtes brûlées (R. Walsh, 1929) et un mariage mouvementé avec Errol Flynn, son succès décroît et elle quitte l'écran en 1936. D'Errol Flynn, elle eut un fils, Sean, un temps acteur, puis reporter, disparu au début des années 70 au Viêt-nam.