Людвиг был сыном Людвига IX, ландграфа Гессен-Дармштадтского, и наследником своего отца, в 1790 году он стал правителем Гессен-Дармштадта. Он претендовал на значительное увеличение территории Гессен-Дармштадта в имперской реорганизаций 1801—1803 годов, прежде всего за счет княжества Вестфалии, до сих пор при условии архиепископ Кельна.
Став союзником Наполеона, Людовик в 1806 году был возведен в звание великого герцога Гессен и вступил в Рейнский союз, что привело к распаду империи. На Венском конгрессе в 1814—1815 годов, Людвигу пришлось отказаться от его Вестфальских территорий, однако это компенсировалось районом Рейна, со своей столицей Майнцем на левом берегу Рейна. В связи с этим, он изменил свой титул на великий герцог Гессенский и Рейна.
В 1776 году он был помолвлен с Софией Доротеей Вюртемберг, старшей дочери Фридриха II Евгения, герцога Вюртемберга. Помолвка была разорвана, для того чтобы София Доротея могла вступать в брак, с недавно овдовевшем шурином Людвига, цесаревичем Павлом Петровичем, сыном и наследником императрицы России Екатерины II «Великой». Людвиг получил денежную компенсацию, когда соглашение было нарушено.
19 февраля 1777 года, Луи женился на своей двоюродной сестре Луизе Гессен-Дармштадтской (15 февраля 1761 — 24 октября 1829), дочери князя Георгия Вильгельма Гессен-Дармштадт.
У них было 6 детей: