Lilla Marie Hellesen Vrenne (født 13. oktober 1902 i Kristiania, død 28. oktober 1963 i Oslo) var en norsk tegner og litograf.
Lilla Hellesen var datter av legen Engel Emil Herman Hellesen og skuespilleren Marie Mejlænder. Hun var gift med lektor Trygve Reiersen Vrenne.
Hellesen studerte ved Statens håndverks- og kunstindustriskole 1921–22 og Statens Kunstakademi i Kristiania/Oslo 1922–25. Hun deltok ved Høstutstillingen fra 1924, men hennes egentlige debut regnes til Parissalongen i 1927. Året etter holdt hun sin første separatutstilling hos Kunstnerforbundet i Oslo. Hun stilte ut på Clerie de la Toison d’Or i Brussel, og ved flere kollektivutstillinger omkring i Europa og USA, blant annet ved Les Femmes Artistes d’Europe i Paris 1937i, og på Riverside Museum i New York i 1940, samt på Victoria and Albert Museum i London i 1938.
Hellesen var fra 1952 tidvis bosatt i Sverige.
Hellesens litografier er preget av romantiske, drømmende naturstemninger, og hennes arbeider er representert i mange norske og utenlandske samlinger. Særlig i sin portrettkunst nærmet hun seg en nesten fotografisk realisme. Lengselen, drømmen og den unge elskov nevnes som tilbakevendende fantasier i Hellesens motiver.
Lilla Hellesen er representert ved Nasjonalmuseet, British Museum, Bibliothèque nationale de France og Statens Museum for Kunst i København..