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Angélique Marie Martin, conosciuta come Lilly, nasce nel 1822 a Exeter, in Inghilterra, da genitori di origine francese. La famiglia si trasferisce negli Stati Uniti nel 1830, prima a New York e successivamente a Marietta, in Ohio. Dotata di un talento artistico unico, Lilly riceve un'istruzione approfondita dai genitori, che la incoraggiano a coltivare la sua passione e la iscrivono a lezioni di disegno e corsi di pittura sotto la guida di artisti locali come Sala Bosworth (1805-1890) e Charles Sullivan (1794-1867).

Nel 1841, esordisce nella canonica della chiesa di Marietta, attirando l'attenzione di Nicholas Longworth, politico e mecenate di molti artisti dell'epoca, che dichiara: «Un nuovo genio è sorto a Marietta o meglio nel raggio di cinque miglia da esso, in una casa colonica, con le sembianze di una ragazza francese di 17 o 18 anni di età. Ha già dipinto un gran numero d’immagini. È del tutto autodidatta, eccelle nei disegni e nei ritratti»

Affezionatosi alla pittrice, Longworth le suggerisce di attendere prima di esporre nuovamente, offrendole anche cinquecento dollari per un viaggio sulla costa orientale, al fine di incontrare gli artisti John Trumbull (1756-1843) e Washington Allston (1779-1843) e perfezionare la sua tecnica. Nonostante i genitori rifiutino la generosità di Longworth, il suo incoraggiamento spinge il padre di lei a portarla a Cincinnati, vivace centro culturale in pieno sviluppo. Qui, Lilly Martin presenta le sue opere e approfondisce i suoi studi, acquistando confidenza con tecniche nuove. I suoi dipinti, ritraenti bambini e donne sorridenti resi con colori brillanti, raggiungono velocemente una certa popolarità grazie al tratto realistico e allo sguardo dolce.

Nel 1844, Lilly Martin sposa Benjamin Rush Spencer, un commerciante di tessuti e sarto inglese che con la nascita dei 13 figli (solo sette raggiunsero l’età adulta) abbandona la sua attività per occuparsi della famiglia e sostenere la moglie nella sua carriera artistica. Durante i sette anni a Cincinnati, con il sostegno di artisti più anziani come James Beard (1812- 1893), la carriera di Lilly Martin Spencer fiorisce, affermandosi come ritrattista e pittrice di genere. Nel 1847, alla prima esposizione del Western Art Union, presenta otto dipinti, vendendone quattro. Questi successi iniziali alimentano la sua ambizione di diventare un'artista di fama nazionale.

Seppur meglio nota per i suoi dipinti di vita familiare e domestica, Lilly Martin Spencer è anche una pittrice talentuosa di nature morte rese sensibilmente. L’artista dimostra la sua abilità nel rendere le varie consistenze, raffigurando i soggetti con grande realismo e raffinatezza.

Nel 1848, la famiglia si trasferisce a New York, dove Lilly Martin Spencer attrae numerose commissioni per dipinti che ritraggono scene domestiche. Tuttavia, nonostante la sua crescente fama sia in Europa che in America, i profitti rimangono modesti. William Schaus, agente americano per la casa d'arte francese Goupil, Vibert & Co., le commissiona opere che diventano popolari sotto forma di litografie, ma purtroppo non si traducono in significativi vantaggi finanziari. In quegli anni, l’artista invia le sue opere a mostre non solo a Cincinnati, ma anche a New York e in altre città, lavori dove, con l'avvento della guerra civile, l'atmosfera diventa più riflessiva, abbracciando temi patriottici.

Nel 1858, la famiglia si trasferisce a Newark, in New Jersey, ma la carriera di Lilly non prospera come a New York, nonostante le frequenti esposizioni. Durante l'inverno del 1879-1880, si trasferisce in una zona di campagna vicino a New York, dipingendo scene di vita agricola e paesaggi rustici. Dopo la guerra civile, l'interesse pubblico per la pittura diminuisce e le classi benestanti americane mostrano una preferenza per le opere degli europei, peggiorando la situazione finanziaria dell’artista, aggravata dalla morte del marito nel 1890.

Trascorre gli ultimi anni in una fattoria isolata, continuando a dipingere fino alla sua morte nel 1902, spesso pagando le spese con i suoi quadri.