Per Barth Lilje (fødd 11. mars 1957) er ein norsk astronom.

Han tok Ph.D. ved University of Cambridge i Storbritannia i 1988. Lilje var tilsett ved Nordisk Instititutt for teoretisk atomfysikk, NORDITA, i København frå 1989 til 1992 og vart professor ved Universitetet i Oslo i 1993.

Han har arbeidd innan kosmologi og ekstragalaktisk astronomi. Frå 2005 har han vore styrar ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo.