Monori Erzsébet Lídia néven született Törökszentmiklóson, 1945 október 10-én. Amatőr versmondóként indult, több szavalóversenyt is megnyert. Jászai Mari naplója már tizenévesen megragadta. Gép- és gyorsírást tanult, tizenhat évesen már dolgozott. A Színház- és Filmművészeti Főiskolán Kazimir Károly rá bízta a Légy jó mindhalálig főszerepét, Nyilas Misi megformálását. 1969-ben kapott diplomát, majd a Thália Színházba szerződött. 1973-tól néhány évig a kaposvári Csiky Gergely Színház társulatában játszott, 1976-ban a Mafilm alakuló társulatának lett a tagja.

Filmes karrierje egy hosszú időre betiltott filmmel kezdődött: 1969-ben Bacsó Péter A tanújában tűnt fel, Pelikán József lánya szerepében. Játszott a többi közt A gyilkos a házban van, A vőlegény nyolckor érkezik, a Bástyasétány '74, a Legenda a nyúlpaprikásról, a Ha megjön József című alkotásokban.
Nemzetközileg is ismert és elismert színésznővé a Mészáros Márta által rendezett Kilenc hónap (1976), az Örökség (1977), valamint az Ők ketten (1980) című filmekkel vált, amelyekben lázadó és nehéz sorsú asszonyokat formált meg. A Kilenc hónap című filmjében saját fiát szülte meg a filmvásznon. Az alkotás, amely a feminista mozgalom csúcspontján született, több díjat is nyert, a színésznő egyebek közt megkapta a teheráni fesztivál legjobb női alakítás díját. 1980-ban - a francia Gaumont cég meghívottjaként - Párizsban járt iskolába. Szerepelt Mészáros Márta önéletrajzi ihletésű Napló-sorozatában, s együtt forgatták A magzat című filmet (1993). Még pályája elején kapcsolatba került az alternatív színházzal. Az akkor még filozófiahallgató - később az 1970-es, 1980-as évek legendás avantgárd filmrendezőjévé vált - Bódy Gáborral öt évig dolgoztak Genet Cselédek című színdarabján.

A nyolcvanas évek elején a színésznő Budapesten férjével, Székely B. Miklóssal a Szentkirályi utcában próbateremként bérelt egy pincehelyiséget. A Szentkirályi Színházi Műhely kultikus hellyé, családi színházzá nőtte ki magát, ahol legendás alternatív előadások születtek - Műtét/analyzis (1990), Orlando (1992), Matiné (1996), A hosszú nyár (2000), A levél (2001), Ernő (2002), Nyugati utazás (2003). Előadásaikért több alkalommal megkapták az Alternatív Színházi Szemle díját. Miután lebontották a házat, lakásszínházakban játszottak tovább, ahol a házaspár lánya, a később szintén a színészi szakmát választó Székely Rozi is szerepelt, aki szakdolgozatában megírta a Műhely történetét.
Monori Lili a Bárka Színház Frankenstein-terv című előadásában nyújtott alakításáért 2008-ban elnyerte a Pécsi Országos Színházi Találkozó (POSZT) legjobb női főszereplőnek járó díját. Az utóbbi években a Mundruczó Kornél által alapított Proton Színházban több színdarabban is játszott, a Nobel-díjas dél-afrikai író, J. M. Coetzee Szégyen című regényének színpadi feldolgozásában, a Demencia című produkcióban, valamint Vlagyimir Szorokin kortárs orosz író A jég című regényének színrevitelében. Mundruczó Kornél a színpad mellett a filmvásznon is instruálta: játszott a nemzetközi filmkritikusok FIPRESCI-díját 2008-ban elnyert Deltában, a 2010-ben készült Szelíd teremtés - A Frankenstein-terv című alkotásban (a hangvételében és stílusában a színpadi változattól eltérő film gondolatiságában szintén Mary Shelley regényéhez nyúlik vissza), valamint Mundruczó legutóbbi, Fehér Isten című alkotásában, amely Cannes-ban elnyerte az Un certain regard (Egy bizonyos nézőpont) elnevezésű szekció fődíját.
Monori Lili egyik legutóbbi színházi munkája a budapesti Katona József Színházhoz kötődik: az elmúlt évadban a Schilling Árpád rendezte Faust I-II. előadásban nyújtott alakításáért a Színházi Kritikusok Céhe a legjobb női mellékszereplő díjára jelölte.
Művészete elismeréseként az említettek mellett egyebek közt megkapta a Balázs Béla-díjat (1984) és a Jászai Mari-díjat (1998). 2013-ban a Magyar Érdemrend Lovagkeresztjével tüntették ki, 2014-ben pedig "a függetlenségét, autonómiáját művészetében folyamatosan képviselő és őrző" színésznőnek ítélték a Független Előadó-művészeti Szövetség életműdíját.