Луи Гаррель — сын легендарного режиссера Филиппа Гарреля и актрисы Бриджитт Си. Его крестный отец — Жан-Пьер Лео, любимый актер Франсуа Трюффо, дед — знаменитый Морис Гаррель. Жизнь молодого Луи могла бы быть похожей на жизнь любого зажиточного буржуа из Парижа, которому не нужно беспокоиться о деньгах.
Однако уже в шесть лет он пожелал стоять перед камерой. И если его первыми работами были небольшие роли у отца, как, например, в фильме «Спасительный поцелуй», где его партнерами стали мать и дед, то в возрасте 18 лет он уже снимался с Джейн Биркин и Анни Жирардо.
Окончил Высшую национальную консерваторию драматического искусства в Париже в 2004 году.
Настоящая слава пришла к Луи в 20 лет с фильмом Бернардо Бертолуччи «Мечтатели». Эта роль идеально подошла к его имиджу неулыбчивого интеллектуала и нервического красавца. С этого момента Гаррель участвует в проектах Франсуа Озона и Кристофа Оноре, регулярно появляется на театральных сценах в спектаклях по пьесам Уильяма Шекспира и Вирджинии Вульф. Ведущие журналы (в том числе и французский ELLE) включают его в топ самых сексуальных мужчин мира.
Он стал одним из героев Каннского фестиваля 2007 года: в фильме Валерии Бруно-Тедески «Сон предыдущей ночи» Гаррель сыграл любовника сорокалетней актрисы (её роль исполнила сама Валерия), а в «Все песни только о любви» оказался в центре бисексуальной мелодрамы. Луи Гаррель — лицо номер 15 в списке «15 самых сексуальных мужчин» во французском Elle Magazine’s за июнь 2007 года.
В мюзикле Кристофа Оноре «Все песни только о любви» (2007) актер принял участие в записи санудтрека, исполнив все песни своего героя. Алекс Бопен, автор музыки и либретто, получил в 2008 году престижную французскую премию «Сезар» — «Лучшая музыка к фильму» (Meilleure musique).