Louis is geboren op 3 augustus 1986 in Luxemburg als zoon van groothertog Henri en groothertogin Maria Teresa. Hij heeft drie broers, erfgroothertog Guillaume (1981), prins Félix (1984) en prins Sébastien (1992), en een zus, prinses Alexandra (1991). Zijn peetouders zijn zijn tante prinses Margaretha van Luxemburg en Xavier Sanz.

Op 22 augustus 2006 wordt bekendgemaakt dat prins Louis zal trouwen met Tessy Antony. Het huwelijk vindt plaats op 29 september 2006 in de parochie van Gilsdorf. Het paar heeft dan al een zoon, Gabriel (2006). Op 21 september 2007 krijgt het paar nog een zoon, Noah. Het Luxemburgse hof maakt op 18 januari 2017 de scheiding van prins Louis en Tessy bekend.

Op 6 april 2021 meldt het Luxemburgse hof dat prins Louis zich verloofd heeft met Scarlett-Lauren Sirgue.