Louis Garrel est né le 14 juin 1983 à Paris. Après le lycée, il poursuit ses études au Conservatoire national supérieur d’art dramatique de Paris, dont il sort diplômé en 2004. Il est le fils aîné de Philippe Garrel (lauréat 2004 pour L’Enfant secret) et le petit-fils de l’acteur Maurice Garrel.