Lillemor von Hanno var en humørfylt og sjarmerende skuespiller i spennet mellom lystspillet og karakterkomedien. Med sitt vakre utseende, frodige kroppsspråk og naturlige teaterinstinkt vant hun en sterk posisjon i mellomkrigstidens teater. Hun skapte seg også et navn som forfatter av flere populære romaner i slutten av 1930-årene.
Lillemor Selmer vokste opp som yngste barn i en søskenflokk på fem. Familien flyttet fra Balsfjord til Ås utenfor Kristiania da hun var knapt to år gammel. Barndomshjemmet var preget av kunstneriske og intellektuelle interesser. Faren var distriktslege i Follo; moren, forfatteren Ågot Gjems Selmer, hadde vært skuespiller ved Christiania Theater i noen år før hun giftet seg, og hun utgav senere flere ungpikebøker og et større essay om kvinnene i Bjørnsons diktning. Av Lillemors eldre søsken var søsteren Tordis sangerinne og broren Alfred skuespiller. Selv fikk hun solid utdannelse i danse- og teaterfaget, først på Fru Valboms ballettskole i København 1917, senere på den russiske ballettskole i Berlin 1926 og hos fru Betty Hennings i København 1928.
Hun debuterte 1920 som Käthie i Gamle Heidelberg på Trondhjems nationale Scene, og hun danset seg til stor popularitet i revyen Alle gir, ta en. Etter tre år i Trondheim var hun 1923–25 ansatt ved Nationaltheatret, hvor hun bl.a. spilte sensuelle roller som Anitra i Peer Gynt og Ginevra i Sem Benellis Vendetta. Sesongen 1925–26 gjorde hun seg bemerket som Magda i Lukket omslag på Chat Noir. Hun var knyttet til Det Nye Teater 1927–34 og markerte seg humørfylt og inntagende bl.a. som Stella i Somerset Maughams Den hellige ild, Elma i Når synger kanarifuglen? av Frederick Lonsdale og Nancy Bird i Fire unge mennesker av Samson Raphaelson. Men hovedinnsatsen som skuespiller gjorde hun på Nationaltheatret, fra hun kom tilbake dit 1934 og til hun trakk seg tilbake fra scenen 1951.
De første årene viste hun sin styrke i lystspillet og karakterkomedien. I Noel Cowards Madame var hun frisk og glitrende i tittelrollen, mens hun viste saftig realisme som hushjelpen i Abrahams offer av Finn Halvorsen. Hun spilte den bornerte og halvfine fru Andersen i Johan Borgens komedie Andersens med usvikelig ekthet, var en saftig og slagferdig prestefrue i Egelykke av Kaj Munk og en søt, impulsiv og engstelig fru Friedemann i Alexander Kiellands Tre par. Sammen med Per Aabel utfoldet hun et virtuost og løssluppent komediespill som fru Løhs i Linedansere av Arthur Omre.
Men hun kunne også med fin varme tolke stillferdige hverdagstragedier. Hun var en gripende arbeiderske i John Steinbecks Månen er nede. I Dager på en sky av Kjeld Abell viste hun dristig fantasi og intens innlevelse som den gamle koblersken Kokyta, og i det som ble hennes siste oppgave på Nationaltheatret, rollen som selskapsdamen Julia i T. S. Eliots Cocktail Party (1951), spilte hun med en naturlig blanding av fjolleri og farlig alvor.
Lillemor von Hanno medvirket også i et par filmer, Familien på Borgan (1939) og Støv på hjernen (1959), og hun satte i scene Kvinner av Clare Boothe Luce på Det Nye Teater (1953). Allerede i 1930-årene hadde hun markert seg som forfatter og skribent. Etter debutboken De og vi (1936) gav hun ut flere humoristiske osloskildringer (Dumme menn og troll til kjerringer, Blindebukk) med illustrasjoner av ektemannen, og hun skrev spenstige kåserier i Dagbladet og Morgenbladet. 1938 fikk hun oppført skuespillet Leken vi lever på Det Nye Teater.
Som tillitsvalgt for skuespillerne på Nationaltheatret fra 1940 gjorde Lillemor von Hanno en utrettelig innsats under okkupasjonen til hun 1944 måtte flykte til Sverige. Hun var styremedlem i Norsk Skuespillerforbund i to år, og hun ble hedret med Kongens fortjenstmedalje i gull 1951.