Lionel Atwill a suivi ses études à l'école de Mercer à Londres, où il a projeté poursuivre une carrière d'architecte. Au lieu de cela, il devient acteur, travaillant solidement jusqu'à l'âge de 20 ans, le plus souvent dans les jeux d'Ibsen et de Shaw.

Il ne se fixe aux Etas-Unis qu'en 1915. Il va se voir enfermer dans des rôles d'épouvante (Wax Museum, Vampire Blat et Le fils de Frankenstein) à la Warner puis à l'Universal où il sombra dans des productions de série B.

En 1940, la carrière d'Atwill fût menacée lorque l'on appris qu'il avait organisé une "orgie" à son domicile avec la totalité des invités nus et des films pornographiques à profusion. Ses démentis sur cette affaire n'ont pas empêché le refus des meilleurs Studios de le reprendre en tant qu'acteur, à l'exception de Universal Pictures, lui prodigant des rôles dans des films d'horreurs à petits budgets.

Lionel Atwill meurt "à la tâche" au beau milieu d'une production pour la Universal, Lost city of the jungle en 1946.