Louis Le Vau wurde in Paris als Sohn eines gleichnamigen Maurermeisters geboren. 1639 war er ein erfolgreicher Architekt, dessen Interessen sich auf die Entwicklung der Île Saint-Louis als Wohngebiet konzentrierten. Dort entwarf er Stadthäuser für eine Reihe wohlhabender Gönner, darunter Sainctot, Hesselin, Gillier, Gruyn des Bordes und Jean Baptiste Lambert. Das Hôtel Lambert zeigt, dass der Architekt ein brillanter Innovator ist, wenn es darum geht, einen einfallsreichen Plan an einen stark unregelmäßigen Ort anzupassen. Er entwarf auch Landhäuser. Vor 1645 baute er das Château von Livry, später Le Raincy genannt (zerstört in der Französischen Revolution).

1654 wurde Le Vau mit seiner Ernennung zum ersten Architekten des Königs ins Rampenlicht katapultiert. Drei Jahre später erhielt er von Nicolas Fouquet den wichtigen Auftrag für das Château von Vaux-le-Vicomte. Das Gebäude und seine Gartenanlage erstrahlten in Pracht alle anderen des Tages. Die Gruppierung und die Formkontraste innerhalb der schweren Massen des monumentalen Gebäudes sorgen für eine beeindruckende visuelle Wirkung. Im Allgemeinen war Le Vau mehr an einem Gesamteffekt der Grandiosität interessiert als an der richtigen Anwendung des klassischen Idioms auf strukturelle Probleme.

Besonders bemerkenswert in Vaux ist der große zentrale ovale Salon mit Blick auf die Gärten; Es stellt den Höhepunkt einer neuartigen Idee dar, die in Le Raincy angewendet wurde, wo eine ähnliche Form die Form des Hauptteils des Gebäudes bestimmte. Le Vau arbeitete in Vaux eng mit dem Maler und Dekorateur Charles Le Brun und dem Landschaftsarchitekten André Le Nôtre zusammen.

In den 1660er Jahren war Le Vau hauptsächlich mit königlichen Projekten beschäftigt. Als erster Architekt erweiterte er das Château de Vincennes, entwarf das Krankenhaus von La Salpêtrière, überarbeitete die Fassade der Tuilerien, baute die 1661 durch einen Brand zerstörte Galerie d’Apollon des Louvre wieder auf und entwarf und errichtete den neuen Südflügel des Louvre. Er führte auch einen Plan für einen zusätzlichen Flügel für den Louvre mit Blick auf St-Germain-I’Auxerrois aus, der jedoch von Jean Baptiste Colbert abgelehnt wurde; Das endgültige Design dieser Fassade (die Kolonnade) scheint eine Zusammenarbeit von Le Vau, Le Brun und Claude Perrault gewesen zu sein.Von 1661 bis zu seinem Tod arbeitete Le Vau sporadisch in Versailles. Anfangs beschränkte sich seine Arbeit darauf, das 1624 von Ludwig XIII. erbaute Château zu verändern. Später fügte er alle Flügel an den Seiten des Vorplatzes hinzu und schuf nach 1668 seinen berühmten „Umschlag“, der die Gartenfassade des älteren Gebäudes vollständig in prächtige, monumental skalierte klassische Kleidung hüllte. Die von Le Vau entworfene Grand Staircase oder Escalier des Ambassadeurs wurde nach seinem Tod von François d’Orbay, Le Vaus ständigem Mitarbeiter, errichtet. Die Treppe (im 18.Jahrhundert zerstört) galt als eine der beeindruckendsten in Europa. Das dekorative Schema wurde von Le Brun geplant.Einer von Le Vaus beständigsten Beiträgen war sein Entwurf (1660er Jahre) für das Collège des Quatre Nations (heute Institut de France) in Paris. Es wurde nach seinem Tod von D’Orbay ausgeführt und ist einzigartig in Frankreich, da es in seinem Plan und seiner Architektur viele der Prinzipien der römischen Barockarchitektur verkörpert, wie sie von Pietro da Cortona und Francesco Borromini praktiziert wurden. Das Design spiegelt Le Vaus ständiges Streben nach visueller Größe wider.