Актрисе принес популярность фильм «Верные друзья». У нее был брат, Николай Гриценко, который тоже стал известным актером. Лилия Олимпиевна снялась в более 40 фильмах, и ее карьера в кино была успешной, но в личной жизни женщине не так везло.
В театре Станиславского она встретила Бориса Раневских. Режиссер стал первым мужем 25-летней Гриценко. Женщина просто приняла ухаживания порядочного мужчины, хотя и не любила его. Но любовь настигла Лилию Олимпиевну внезапно.
Она влюбилась в Александра Шкворина. Зрители помнят актера по фильму «Летят журавли». Александр давно любил Лилию, и был счастлив, когда она ответила на его чувства. Актриса сначала боялась признаться Шкворину в своей любви, ведь он был младше ее на 14 лет.
Когда актеры стали встречаться, в театре стали появляться сплетни о романе замужней Гриценко с коллегой. Чтобы не позорить супруга, Лилия Олимпиевна подала на развод, и покинула театр.
Актриса стала жить с Александром гражданским браком. Шкворин после двух неудачных браков не торопился в ЗАГС. В те годы без штампа в паспорте совместное проживание влюбленных общественность осуждала.
Но Гриценко не хотела заставлять своего любимого мужчину жениться на ней. Через 13 лет вместо руки и сердца Александр предложил актрисе расстаться. Он ушел к молодой любовнице.
После измены любимого мужчины Лилия Олимпиевна больше замуж не выходила. Детей у нее не было. Женщина всю себя посвятила любимой работе. Умерла актриса в возрасте 71 год.