Antes de ser director y escritor, Thomas Lilti estudió medicina en la universidad, sin embargo, su vena artística fue más dominante por lo que decidió dedicarse poco después al cine y la televisión. Algunos de los sucesos que le ocurrieron mientras fungía como interno de medicina los usó para sus posteriores proyectos. Lilti ha tenido una relativamente corta carrera creativa pero aún así ha adquirido varias nominaciones en algunos festivales alrededor del mundo. Sus primeros trabajos fueron algunos cortometrajes que él mismo escribió y dirigió, pero fue hasta Les Yeux Bandés (2007) cuando debutó realmente en la pantalla grande. Su siguiente gran proyecto fue Hipócrates: El valor de una promesa (2014), la cual tuvo muy buen recibimiento por la crítica mundial debido a la forma tan humana y realista de retratar la escena médica. Esta película estuvo presente en varias competiciones en Francia. A continuación vino Un amigo irremplazable (2016), protagonizada por François Cluzet y Marianne Denicourt. Esta fue una cinta más bien tradicional pero que, una vez más, fue bien recibida por la crítica.

En años recientes Lilti escribió y dirigió Primer año (2018), una película acerca de dos jóvenes que desean aplicar para la facultad de medicina. En el 2018 también dirigió la miniserie Hippocrate (2018), similar a todos sus anteriores trabajos, aunque con un tono más serio y dramático.