Nació el 6 de enero de 1867 en Lota, ciudad minera del sur de Chile. Hijo de José Nazario Lillo Mendoza y Mercedes Figueroa. En los primeros años de su vida, Baldomero tuvo la influencia de su padre, quien se desempeñó en actividades de capataz o jefe de cuadrilla en las minas de carbón. Bajo su influencia Baldomero Lillo pasó a ser empleado subalterno en una de las pulperías de la Compañía minera. Allí, debido a su trabajo, pudo disponer de tiempo para leer toda la literatura que cayera en sus manos.

En Santiago, fue funcionario administrativo de la Universidad de Chile, prosiguiendo sus lecturas, se vinculó con otros escritores en la Colonia Tolstoiana, como Fernando Santiván y, tras una fugaz incursión en la poesía, publicó los libros de cuentos Sub Terra (1904) y Sub Sole (1907), de corte naturalista.

Los ocho cuentos que forman Sub Terra entregan un panorama desolador. Hombres aniquilados por la servidumbre del trabajo, se muestran empeñados en cumplir tareas que no les interesan, sólo les preocupa el dinero para llevar a los hogares. Por sus páginas desfilan inválidos, huérfanos y viudas, que forman parte del mundo brutal y agotador de las minas de carbón. La publicación de Sub Terra trajo mayor preocupación por el tema social de los mineros y de las industrias, donde correspondía realizar una urgente intervención del Estado para mejorar las condiciones de trabajo de estos sectores.

Baldomero Lillo falleció el 23 de septiembre de 1923.