Le à Louviers[2], son père négocie ses fiançailles avec une fille d'Erispoë, roi de Bretagne, et lui concède alors le duché du Mans[3]. Déplaisant énormément aux vassaux bretons, cet arrangement est peut-être une des raisons du mécontentement et du complot qui entraînent l'assassinat du roi breton l'année suivante.
Il se marie en premières noces en 862 à Ansgarde de Bourgogne (qu'il aurait enlevée à l'abbaye de Chelles[4]), qui lui donne deux fils, Louis III et Carloman II, et trois filles, Gisèle, Hildegarde et Ermentrude. Comme ce mariage avait été contracté sans la volonté de son père, ce dernier oblige Louis à répudier Ansgarde. Il épouse en secondes noces — contre l'avis des autorités ecclésiastiques — Adélaïde de Paris dont il a un fils, Charles, qui naît après sa mort.
Comme l'indique son surnom, Louis IIbégaie, ce qui l'empêche de s'exprimer en public et nuit à son autorité.
Après avoir été investi roi d'Aquitaine en 867 par son père, il devient roi des Francs après la mort de ce dernier survenue le . Son accession au trône est contestée par plusieurs seigneurs et même par l'impératrice Richilde, seconde épouse de son père. Afin de se rallier des partisans, Louis prodigue alors de nombreux cadeaux et promesses, et finalement Richilde elle-même consent à sa succession. Le [Mermet 1], il est couronné et sacré par l'archevêque Hincmar de Reims dans la chapelle palatine de l'abbaye Saint-Corneille de Compiègne. Son autorité va cependant rester très faible.
De santé fragile, Louis meurt le , alors qu'il s'apprêtait à lancer une expédition pour soumettre Bernard de Gothie, comte d'Autun et de Mâcon, qui s'était déclaré rebelle[6].
Laurent Theis, Nouvelle histoire de la France médiévale, vol. 2 : L'héritage des Charles : de la mort de Charlemagne aux environs de l'an mil, Paris, Seuil, coll. « Points. Histoire » (no 202), , 280 p. (ISBN978-2-02-011553-7).