Née Lilya Ginzberg en Lithuanie.

Menchévique avant 1917. Émigre à Berlin en 1923, où elle se marie au dirigeant socaliste russe Samuel Estrine et évolue vers le communisme puis l'Opposition de Gauche.

En 1933, la victoire nazie oblige le couple à déménager à Paris. Lilia Estrine s'engage aux côtés de Léon Sédov, le fils de Trotsky. Elle assure alors la publication du Bulletin de l'Opposition, la publication trotskyste à destination de la Russie.

En 1938, Sédov meurt dans des conditions suspectes. L. Estrine est alors soupçonnée par de nombreux trotskystes d'être liée aux services soviétiques, mais Trotsky lui conserve sa confiance. Elle assure alors avec Zborowski (dont l'appartenance au NKVD est prouvée) la publication du Bulletin.

Au début de la guerre, L. Estrine émigre aux États-Unis. Par ailleurs, elle sera en mesure de sortir aussi Zborowski de France et de l'aider dans son installation à New York.

Aux États-Unis, L. Estrine se remarie avec David Dallin, un historien de tendance menchévique. En 1956 puis en 1972, elle fut mise en cause et soupçonnée d'avoir été un agent du Kremlin. Mais elle fut à chaque fois innocentée, même si de nombreux observateurs pensent qu'« elle n'a pas tout dit ».