Ha cominciato lo studio del pianoforte a 5 anni con Ada Traub alla Scuola Gnessin di Mosca prima e all’Istituto Gnessin poi con Alexander Satz fino al diploma nel 1988. Nel 1985 ha vinto il Concorso Russo e il Concorso Pan-Sovietico di Riga.
Ha suonato coi Filarmonici di Berlino e Claudio Abbado per la prima volta nel 1991, e insieme hanno poi suonato ripetutamente e registrato per DGG I Concerti no.2 e 3 di Rachmaninov. Zilberstein ha suonato con molte orchestre prestigiose : Chicago Symphony Orchestra, Orchestra Sinfonica Tchaikovsky di Mosca, London Symphony e Royal Philharmonic Orchestra ,l’Orchestra della Scala a Milano, Staatskapelle di Dresda, ecc. Oltre che con Claudio Abbado, ha suonato con molti importanti direttori quali : John Axelrod, Paavo Berglund, Semyon Bychkov, Gustavo Dudamel, Christoph Eschenbach, Vladimir Fedoseyev, Alun Francis, Leopold Hager, Dmitrij Kitajenko, James Levine, Wassili Sinajski, Michael Tilson Thomas, Jean-Pascal Tortellier, Marcello Viotti e Antonin Witt. Nel 1998, le è stato attribuito a Siena il Premio Internazionale "Accademia Musicale Chigiana" e dal 2011 è titolare della classe di Pianoforte della prestigiosa Accademia senese.
Ha registrato 8 cd per Deutsche Grammophon, con programmi di piano solo e con il Concerto per pianoforte di Grieg con Järvi e la Gothenburg Symphony Orchestra, il Secondo e Terzo Concerto di Rachmaninov con Abbado e I Filarmonici di Berlino. Ha partecipato alla registrazione dell’opera omnia di Chopin pubblicata da Deutsche Grammophon nel 1999. Tra le numerose incisioni più recenti ricorderemo la Sonata di Brahms per due pianoforti con Martha Argerich per EMI e Clementi, Mussorgsky e Rachmaninoff pubblicati da Hänssler Classic.
Negli anni scorsi ,oltre ad aver suonato negli USA, Asia, Sud America, Italia, GranBretagna, Francia, Svezia, Spagna, Polonia e Islanda, Lilya ha anche suonato moltissimo in tutto il mondo con Maxim Vengerov , è tornata per la prima volta dopo 16 anni a Mosca per suonarvi con grande successo ed è stata ospite regolare dei grandi Festival Internazionali. Nel 2009 ha festeggiato I suoi primi dieci anni di carriera con una lunga tournée europea in duo con Martha Argerich e la collaborazione con la famosa artista argentina continua tuttora ogni anno.
Nella stagione 2012/2013 sono previsti suoi concerti con la Stuttgart Philharmonic Orchestra , al Festival di Salisburgo , a Colonia con la Gürzenich Orchestra, a Dusseldorf con l’Orchestra Sinfonica e Andrey Boreyko, oltre a concerti in Francia , Italia, Irlanda, Spagna, Polonia, Turchia, USA, Giappone e Taiwan.
In Italia dopo la vittoria al Concorso Busoni Lilya Zilberstein debuttò con immediato grande successo al Maggio Musicale Fiorentino del 1988 , e ha tenuto da allora più di 200 concerti per tutte le più importanti istituzioni musicali . Nel 1999 ha debuttato al Teatro alla Scala con l'Orchestra Filarmonica sotto la direzione di Semyon Bychkov e nel Teatro milanese è tornata più volte , sempre con successo.
È titolare della cattedra di Pianoforte alla MDW-Universität für Musik und darstellende Kunst di Vienna, all’Accademia Chigiana di Siena e tiene master class in tutto il mondo.