Hij is de derde zoon van groothertog Henri van Luxemburg en groothertogin María Teresa en draagt de titels prins van Luxemburg, prins van Nassau en prins van Bourbon-Parma.

Zijn peetouders zijn prinses Margaretha van Luxemburg en Xavier Sanz.

Zelf is hij peetvader van zijn neef, prins Charles van Luxemburg.

Binnen het groothertogelijke gezin groeide hij op met drie broers en een zus: erfgroothertog Guillaume (1981), prins Félix (1984), prinses Alexandra (1991) en prins Sébastien (1992).

Zijn schooltijd bracht hij door aan de internationale school in Luxemburg en aan de Soleil-kostschool in het Zwitserse Villars-sur-Ollon.

Tijdens een troepeninspectie in Kosovo ontmoette hij Tessy Antony, die daar op militaire missie was.

Hun relatie werd in 2005 openbaar toen bekendgemaakt werd dat zij in verwachting was van hun eerste kind.

Op 29 september 2006 stapte het paar in het huwelijksbootje in Gilsdorf.

Samen kregen ze twee zonen: Gabriel Michael Louis Ronny op 12 maart 2006 en Noah Etienne Guillaume Gabriel Matthias Xavier op 21 september 2007.

Vanwege het huwelijk gaf prins Louis zijn rechten op de troon op, net als die van zijn zoon Gabriel. Hijzelf behield zijn titel, terwijl zijn echtgenote en zoon aanvankelijk de achternaam van Nassau kregen zonder verdere aanspreektitels.

In 2009 verleende een groothertogelijk besluit Tessy alsnog de titels prinses van Luxemburg, prinses van Nassau en prinses van Bourbon-Parma, en werden hun zoons prins van Nassau.

Op 18 januari 2017 werd aangekondigd dat het koppel ging scheiden, een echtscheiding die op 4 april 2019 officieel werd uitgesproken.

In april 2021 maakte het paleis vervolgens bekend dat prins Louis zich had verloofd met de Franse advocate Scarlett-Lauren Sirgue.