Lills Forschungsschwerpunkte waren die deutsche und italienische Geschichte sowie die deutsch-italienischen Beziehungen seit dem 18. Jahrhundert, die Geschichte des Papsttums und die Beziehungen von Kirche und Staat.
Der gebürtige Kölner war von 1962 bis 1974 Mitarbeiter am Deutschen Historischen Institut in Rom. Anschließend lehrte er als Professor in Köln, Passau und Karlsruhe. Von 1993 bis 1996 war Lill Generalsekretär des deutsch-italienischen Zentrums Villa Vigoni am Comer See.
Von 1996 bis 2000 lehrte er erneut als ordentlicher Professor für Neuere und Neueste Geschichte in Karlsruhe. Dort leitete er die Forschungsstelle "Widerstand gegen den Nationalsozialismus im deutschen Südwesten". Gastprofessuren hatte er an den Universitäten Rom, Florenz, Pavia und Dresden. Von 1996 bis 2006 war er Lehrbeauftragter für italienische Geschichte an der Universität Bonn.
Geschichte Italiens, Widerstand und Kirchenkritik
Die von ihm 1980 veröffentlichte Geschichte Italiens vom 16. Jahrhundert bis zu den Anfängen des Faschismus gilt als deutschsprachiges Standardwerk zur Neueren Geschichte Italiens. Lill veröffentlichte zudem Bücher über Südtirol im Nationalsozialismus, die "Macht der Päpste", die Geschichte der Widerständler des 20. Juli 1944 und die "Weiße Rose".
Er war außerdem Präsident der deutsch-italienischen Gesellschaften in Köln von 1985 bis 1993 und in Karlsruhe von 1997 bis 2000. Lill äußerte sich auch immer wieder in aktuellen Interviews zur politischen Situation in Italien oder zu Ereignissen in der katholischen Kirche. So kritisierte er die Amtszeit des Kölner Kardinals Joachim Meisner und forderte mehr Transparenz bei den Kirchenfinanzen in Deutschland.
