Nace el 6 de enero de 1867. Sus padres fueron José Nazario Lillo Mendoza y su madre Mercedes Figueroa. Estudió en una pequeña escuelita en Bucalemu, y en 1873 ingresó como estudiante al Liceo de Lota, donde cursó 2º año de humanidades.

Después de ese año abandonó sus estudios, ingresando a trabajar como empleado en la pulpería de Lota y estuvo allí durante 6 años, hasta convertirse en jefe.

Sus años como comerciante los dejó notar en su cuento "Tienda y Trastienda", publicado muchos años después.  Lillo leía en sus largos ratos de ocio en la tienda todo lo que cayera en sus manos, desde Julio Verne a algunos autores nacionales.

En esos años de juventud despertó en él una atracción por la poesía y se conoce "El Amor" que apareció publicado en 1898 en la Revista Católica.

Su hermano Samuel lo introdujo en el mundo de las tertulias y encuentros de escritores, y en una de esas ocasiones Baldomero se atrevió a contar algunos cuentos de mineros, provocando que los asistentes le insistieran para que los escribiera.

En agosto de 1903 ganó el certamen literario convocado por la Revista Católica, con una leyenda titulada "Juan Fariña". Su triunfo le hizo pensar en la idea de dar a conocer sus otros escritos, con aplausos unánime de la crítica al famoso "Sub Terra", donde incorpora 8 cuentos relativos a la vida de los mineros, la tristeza, los peligros que corren a diario, y denuncia el problema social que allá existe.

Además de ingresar al Ateneo de Santiago, se incorpora al mundo literario por sus colaboraciones asiduas en El Mercurio y Zig-Zag.  Producto de esos relatos en 1904 surge "Sub Sole", otro libro que también adquiere renombre, pese a ser de menor cantidad que el primero.

De esas crónicas y colaboraciones surge también "Relatos populares" que no verán la luz sino después de fallecido el autor, el año 1942. Ya en esa época se establece en San Bernardo, en calle Urmeneta, entre San José y San Alfonso. Al crearse el Liceo de Hombres en 1913, el Consejo de Instrucción Pública presentó una terna al ministro con los candidatos a rector, en donde figuran, en primer lugar, Don Fidel Pinochet Le Brun y, en segundo lugar, Baldomero Lillo.

Su salud enfermiza le hace presentar su jubilación como funcionario de la Universidad, retirándose a su casa, ubicada en ese momento en O'Higgins esquina de José Joaquín Pérez, contando con la compañía de su esposa, Natividad Millar y sus hijos, donde fallece el 10 de octubre de 1923.

Su amor por San Bernardo se materializó en que sus restos descansaron durante 78 años, en el mausoleo de la Sociedad “Progreso y Socorros Mutuos”, ubicado en el cementerio parroquial de San Bernardo.

Sin embargo, sus restos fueron trasladados el viernes 5 de abril del 2002 al cementerio general de Lota por petición de sus familiares.