Urodził się 15 lutego 1884 r. w Warszawie. Był synem Józefy z Zawidzkich i Mariana Lilpopa, ziemianina, brata założyciela Podkowy Leśnej, Stanisława Lilpopa. Wcześnie został sierotą, matka zmarła po porodzie, a ojciec, gdy Wacław miał pięć lat.
Uczęszczał do V Rządowego Gimnazjum Filologicznego w Warszawie. W 1902 r. rozpoczął studia na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Warszawskiego, zwanego wówczas Cesarskim. Na trzecim roku za udział w strajku został usunięty z uczelni. Kontynuował studia we Lwowie i Dorpacie, gdzie w 1909 r. otrzymał dyplom lekarski.
Pierwszą pracę podjął na Oddziale Chirurgicznym w Szpitalu Dzieciątka Jezus w Warszawie. Po wybuchu wielkiej wojny jako lekarz został powołany do armii rosyjskiej. Trafił do niewoli niemieckiej w Modlinie, skąd uciekł w przebraniu. W latach 1919–1921 był dowódcą szpitala polowego w Wojsku Polskim. W 1921 r. został asystentem na Oddziale Chirurgiczno-Urologicznym Szpitala Praskiego Przemienienia Pańskiego, a następnie (1929) jego ordynatorem. W 1933 r. oddział przeniesiono do szpitala św. Łazarza przy ul. Książęcej 2. „Oddział dr Lilpopa staje się głośny w kraju, zjeżdżają tu chorzy z całej Polski, przyciągani sławą jego kierownika. […] Zdobyte w ciągu długich lat doświadczenie, uzupełnione pilnymi studiami i wyjazdami za granicę, wysunęły go na czołowe stanowisko w urologii polskiej” – wspominał po latach asystent dr Lilpopa, prof. med. Stefan Wesołowski.
W 1941 r. szpital św. Łazarza zajęli Niemcy, oddział urologiczny przeniesiono do szpitala Dzieciątka Jezus, a po kilku miesiącach na ul. Leszno. W lutym 1944 r., po zamachu na Franza Kutscherę, dowódcę SS i policji, zwanego „katem Warszawy”, został aresztowany i zastrzelony przez Niemców jedyny syn państwa Lilpopów, Stanisław, harcerz, członek tajnej podchorążówki. Wacław Lilpop przerwał pracę i od maja 1944 do wiosny 1945 r. w swoim domu w Podkowie koił ból i reperował nadwerężone zdrowie. Po wojnie z inicjatywy Wacława i Wandy Lilpopów przy zbiegu ulicy Gołębiej i Bażantów postawiono i poświęcono figurkę Chrystusa Cierpiącego, upamiętniającą ich 19-letniego syna oraz stryjecznego brata, Jana Lilpopa, zabitego przez Niemców w czasie transportu z Pawiaka w 1944 r.
Po rocznej przerwie dr Lilpop wrócił do zawodu. Od kwietnia 1945 r. dostał etat chirurga w szpitalu w Siedlcach, od jesieni znów był w szpitalu Przemienienia Pańskiego, we wrześniu 1948 r. udało mu się otworzyć tam oddział urologiczny. Pracował też jako urolog w PKP. Należał do Towarzystwa Chirurgów Polskich. Od 1930 r. był członkiem Międzynarodowego Towarzystwa Urologicznego, a w 1947 r. został wybrany przewodniczącym jego Polskiej Sekcji. Jako pierwszy prezes Polskiego Towarzystwa Urologicznego 1 października 1949 r. zainaugurował jego pierwsze posiedzenie, w Szpitalu Klinicznym Wojska Polskiego w Łodzi. Pod koniec wystąpienia zasłabł, umarł na rękach dwóch swoich asystentów.
Został pochowany w grobowcu rodzinnym Lilpopów na Cmentarzu Powązkowskim.