Lilienthal liegt im niedersächsischen Landkreis Osterholz, etwa elf Kilometer nordöstlich von Bremen, am Rande des Teufelsmoores. Die Gemeinde wird von den Flüssen Wörpe und Wümme durchzogen, die auch den Wümme-Radweg aufnehmen. Im Norden grenzt sie an Osterholz-Scharmbeck und Worpswede, im Osten an Grasberg, im Südosten an Ottersberg, im Süden an Bremen und im Westen an Ritterhude. Das Gemeindegebiet umfasst rund 7.200 Hektar, wobei der Großteil landwirtschaftlich genutzt wird.
Die Geschichte Lilienthals reicht bis ins 9. Jahrhundert zurück, als der Bremer Erzbischof Ansgar eine Kapelle auf dem heutigen Kirchhügel errichten ließ. Der Name geht auf das 13. Jahrhundert zurück, als hier ein Zisterzienserinnenkloster gegründet wurde, das den Ort prägte. Nach der Reformation wurde das Kloster in ein evangelisches Damenstift umgewandelt, bis es 1650 säkularisiert wurde. Im 17. und 18. Jahrhundert wechselte die Herrschaft mehrfach zwischen Schweden, Dänemark und Hannover, bevor Lilienthal 1885 Teil des Landkreises Osterholz wurde.
Lilienthal ist vor allem für seine astronomische Vergangenheit bekannt: Im 18. Jahrhundert errichtete der Amtmann Johann Hieronymus Schroeter hier eine der bedeutendsten Sternwarten Europas. Heute erinnert ein Nachbau des historischen Teleskops an diese Epoche. Die Gemeinde verbindet ländlichen Charme mit städtischer Nähe zu Bremen und beherbergt das Evangelische Hospital, einen der größten Arbeitgeber der Region. Durch Eingemeindungen wuchs Lilienthal im 20. Jahrhundert stark an und entwickelte sich zu einem beliebten Wohnort am Rande der Großstadt.