Louis Le Vau est né à Paris, fils d’un maître maçon du même nom. En 1639, il était un architecte prospère dont les intérêts étaient centrés sur le développement de l’île Saint-Louis en tant que quartier résidentiel. Il y conçoit des maisons de ville pour un certain nombre de riches mécènes, dont Sainctot, Hesselin, Gillier, Gruyn des Bordes et Jean Baptiste Lambert. L’Hôtel Lambert révèle que l’architecte est un brillant innovateur en adaptant un plan imaginatif à un site très irrégulier. Il a également conçu des résidences de campagne. Avant 1645, il fait construire le château de Livry, plus tard nommé Le Raincy (détruit à la Révolution française).

En 1654, avec sa nomination comme premier architecte du roi, Le Vau est catapulté sous les feux de la rampe. Trois ans plus tard, il reçoit de Nicolas Fouquet l’importante commande du château de Vaux-le-Vicomte. Le bâtiment et son complexe de jardins ont surpassé en splendeur tous les autres de la journée. Le regroupement et les contrastes de formes au sein des masses lourdes du bâtiment, d’échelle monumentale, assurent un effet visuel impressionnant. En général, Le Vau s’intéressait davantage à un effet global de grandiosité qu’à l’application correcte de l’idiome classique aux problèmes structurels.

Le grand salon central ovale donnant sur les jardins est particulièrement remarquable à Vaux ; il représente l’aboutissement d’une idée nouvelle employée au Raincy, où une forme similaire régissait la forme de la partie principale du bâtiment. Le Vau a collaboré étroitement à Vaux avec le peintre-décorateur Charles Le Brun et l’architecte paysagiste André Le Nôtre.

Au cours des années 1660, Le Vau était occupé en grande partie par des projets royaux. En sa qualité de premier architecte, il fit des ajouts au château de Vincennes, dessina l’hôpital de La Salpêtrière, retravailla la façade des Tuileries, reconstruisit la Galerie d’Apollon du Louvre, détruite par un incendie en 1661, et dessina et érigea la nouvelle aile sud du Louvre. Il a également exécuté un plan pour une aile supplémentaire pour le Louvre face à St-Germain-Auxerrois, mais il a été rejeté par Jean Baptiste Colbert; la conception finale de cette façade (la Colonnade) semble avoir été une collaboration de Le Vau, Le Brun et Claude Perrault.

De 1661 à sa mort, Le Vau travailla sporadiquement à Versailles. Initialement, son travail se limitait à modifier le château construit par Louis XIII en 1624. Plus tard, il a ajouté le service des Iwings sur les côtés du parvis, et après 1668, il a créé sa célèbre « enveloppe », qui a complètement recouvert la façade du jardin de l’ancienne structure d’une magnifique robe classique à l’échelle monumentale. Le grand escalier, ou Escalier des Ambassadeurs, conçu par Le Vau, a été construit après sa mort par François d’Orbay, le collaborateur constant de Le Vau. L’escalier (détruit au 18ème siècle) était considéré comme l’un des plus impressionnants d’Europe. Le schéma décoratif a été planifié par Le Brun.

L’une des contributions les plus durables de Le Vau est sa conception (années 1660) pour le Collège des Quatre Nations (aujourd’hui l’Institut de France) à Paris. Exécuté après sa mort par D’Orbay, il est unique en France en incarnant dans son plan et son élévation de nombreux principes de l’architecture baroque romaine telle que pratiquée par Pietro da Cortona et Francesco Borromini. Le design reflète la quête constante de grandeur visuelle de Le Vau.