Primogénito de Ferrante Gonzaga, marqués de Castiglione, quien en 1566, estando al servicio del rey español Felipe II, se casó en la capilla del Real Alcázar de Madrid con Marta Tana de Santena, dama de la reina Isabel de Valois. Fue el primero de siete hijos y heredero del título.

Después de la batalla de Lepanto (1571), don Ferrante recibió el encargo de preparar 3.000 infantes para la empresa de Túnez, y se trasladó a Castelmagiore con su hijo Luis que, durante cuatro o cinco años, vivió entre los soldados. Cuando en 1573 su padre se embarcó para África, Luis regresó a Castiglione, donde, con su madre y sus hermanos, vivió una vida de intensa piedad. La peste de 1576, impulsó a su padre a llevar a sus dos hijos mayores, Luis y Rodolfo, a Florencia, cuyo gran duque Francisco de Médicis, había sido compañero suyo en Madrid. Hasta 1580, Luis y Rodolfo estuvieron al cuidado de un ayo, Pierfrancesco del Turco, quien les buscó maestros de caligrafía, latín, equitación. Cuando en 1579 Ferrante fue nombrado gobernador de Monferrato por el duque de Mantua Guillermo Gonzaga, hizo conducir a sus hijos a la corte ducal. En Mantua, la duquesa Leonor de Austria cuidó a Luis como una madre. Una dolencia hepática le obligó a seguir severas dietas, que le ayudaron en su vida de penitencia. A los 12 años recibió allí la primera comunión de manos de San Carlos Borromeo que se encontraba de visita por la región de Brescia.

En 1581, su padre se trasladó a Madrid como parte del séquito de la ex emperatriz María de Habsburgo, hija de Carlos I y viuda de Maximiliano II; Luis y Rodolfo serían pajes del príncipe don Diego, heredero de Felipe II. En la corte de España el Libro de la oración y meditación de Luis de Granada fue su guía de vida interior, al paso que recibía lecciones de ciencias del Dr. Dimas de Miguel, amigo de Juan de Herre Vocación religiosa

Estudió letras, ciencias y filosofía, leyó textos religiosos que le hicieron tomar la decisión de entrar en la Compañía de Jesús. Los esfuerzos de su padre por retenerlo, confiándole delicados asuntos de su familia en Lombardía, no consiguieron nada. El 2 de noviembre de 1583, en el palacio de los Gonzaga de Mantua, cedió a su hermano Rodolfo todos sus derechos como primogénito, añadiendo: «¿Quién de los dos es más feliz?; ciertamente, yo». Dada la importancia estratégica del marquesado de Castiglione, fue necesario que la cesión fuera aprobada por el Emperador.

El 25 del mismo mes entraba en el noviciado jesuita de Roma. Siguieron luego los estudios de filosofía y teología. En 1587 recibió las órdenes menores.

Dos años después, su director espiritual, Roberto Belarmino, le comunicó la orden del padre general Claudio Acquaviva de trasladarse a Castiglione para poner paz entre Rodolfo y el duque de Mantua en sus disputas por el castillo de Solferino, a petición de las madres de entrambos. Lo consiguió y, además, indujo a Rodolfo a hacer público su matrimonio clandestino con Elena Aliprandi, sin dar importancia a las diferencias sociales.