Henoch wurde in einer jüdischen Familie in Königsberg, heute Kaliningrad, geboren. Sie besuchte in ihrer Geburtsstadt das Gymnasium. Mit 19 Jahren zog sie nach Berlin. Sie setzte hier ihr sportliches Training fort. 1926 hatte sie ihr Studium als Turnlehrerin und Orthopädin an der Preußischen Hochschule für Leibesübungen absolviert. Bis zum Jahre 1933 verdiente sie sich in diesem Beruf ihren Unterhalt. Sie war Mitglied der Leichtathletiksparte des Berliner Sportclubs (BSC) und stellte in den zwanziger Jahren, vor allem in den Disziplinen Kugelstoßen und Diskuswerfen Weltrekorde auf. In zehn leichtathletischen Disziplinen gewann Lilli Henoch die Deutsche Meisterschaft. Innerhalb des Sportklubs übte sie bis 1933 auch leitende Funktionen aus. Mit der Errichtung der NS-Diktatur wurde ihr wegen ihrer jüdischen Abstammung an der Schule gekündigt. Die sog. Rassen-Gesetzgebung der Nazis zwang sie auch zum Austritt aus ihrem Sportverein. Sie trat dem "Jüdischen Turn- und Sportclub 1905" bei. An der jüdischen Schule in der Rykestraße in Prenzlauer Berg fand sie dann als Turnlehrerin nochmals eine Anstellung. Am 10. November 1938 - nach der sog. Reichskristallnacht - mußte sie auch diese Arbeit aufgeben. Lilli Henoch unterrichtete bis 1942 an einer jüdischen Schule in der Choriner Straße. 1942 wurden von den NS-Behörden entsprechend des Beschlusses zur "Endlösung der Judenfrage" alle jüdischen Einrichtungen geschlossen. Mit dem 19. "Judentransport" am 5. September 1942 wurde Lilli Henoch zusammen mit ihrer Mutter in das Ghetto von Riga, das zur Vernichtung der jüdischen Bevölkerung eingerichtet worden war, deportiert. Seit der Ankunft dieses Transportes in Riga gilt Lilli Henoch als verschollen. Vermutlich kam sie noch im Jahr 1942 in Riga um.