Er stammte aus der Familie der Wittelsbacher.

Am 12. Oktober 1810 heiratet Ludwig als bayerischer Kronprinz die Prinzessin Therese von Sachsen-Hildburghausen (Prinzenhochzeit). Damit wird die Tradition des Münchner Oktoberfestes begründet. Der Veranstaltungsort wird, nach der Prinzessin, Theresienwiese genannt.

Nach dem Tod seines Vater Maximilian I. am 13. Oktober 1825 wurde Ludwig als dessen Nachfolger zum Bayerischen König gekrönt.

Unter Ludwig wird München zu einer weit beachteten Stadt der Kunst. Ludwig I. war - ganz dem Zeitgeist des Klassizismus und Neuhumanismus verpflichtet - ein glühender Verehrer des antiken Griechenlands, was sich in der baulichen Umgestaltung Münchens widerspiegelt. Er ließ viele noch heute wichtige Bauwerke errichten, darunter die Ludwigstraße mit der Universität, die Feldherrenhalle, das Siegestor, die Staatsbibliothek, den Königsplatz mit Glyptothek und Propyläen, die Pinakothek, die Ruhmeshalle und die Bavaria-Statue auf der Theresienwiese. Seine wichtigsten Baumeister waren dabei Leo Klenze und Friedrich von Gärtner.

Weiterhin ließ er auf zwei Bergrücken an der Donau die Walhalla und die Befreiungshalle errichten.

Ebenso förderte er den Eisenbahnbau in Deutschland. Die erste deutsche Eisenbahn für Personenverkehr zwischen Nürnberg und Fürth, die Bayerische Ludwigsbahn (1835), sowie die Eisenbahn zwischen Bexbach und Ludwigshafen am Rhein, die Pfälzische Ludwigsbahn wurden nach ihm benannt.

Auch den Ludwigskanal, eine Verbindung zwischen Nordsee und Schwarzem Meer, den Vorgängerbau des heutigen Main-Donau-Kanal, hat er initiiert.

Am 20. März 1848 dankte Ludwig I. zugunsten seines erstgeborenen Sohnes, Maximilian II., ab. Dabei spielte u.a. seine Affäre mit der Tänzerin Lola Montez eine Rolle.
Ludwig I. starb am 29. Februar 1868 in Nizza. Er ist in der Basilika St. Bonifaz in München begraben.