Nascido no Palais Royal, aos doze anos foi nomeado coronel do primeiro regimento de caçadores, e, em 1830, tornou-se cavaleiro da Ordem do Espírito Santo. Já em 1825, foi considerado um possível candidato ao trono da Grécia, e, em fevereiro de 1831, foi nomeado Rei dos Belgas, mas conjunturas internacionais impediram Luís Filipe de aceitar a honra por seu filho, que estava a acompanhar o exército francês que invadiu a Bélgica a fim de apoiar o novo reino que se separara do Reino Unido dos Países Baixos. Lá, Luís Carlos participou do cerco a Antuérpia.
Ele acompanhou a expedição francesa contra a cidade de Constantina, na Argélia, no outono de 1836, e, numa segunda expedição em 1837, foi-lhe confiado o comando duma brigada e a direção do cerco a Constantina. Luís Carlos dirigiu-se por uma terceira vez à Algéria, em 1841, sob o comando do general Thomas Robert Bugeaud. Na expedição contra Takdempt, comandou a 1ª infantaria. Em seu retorno à França, tornou-se comandante-de-campo de Compiègne. Foi designado para missões de cortesia à Inglaterra em 1835, 1838 e 1845, e a Berlim e Viena em 1836.
Com a morte de seu irmão mais velho, Fernando Filipe, Duque de Orléans, em 1842, deu-lhe posição de destaque em caso da ascensão do sobrinho Luís Filipe, Conde de Paris. Sua discrição, e antipatia às funções públicas, tornaram-no impopular. Ante a Revolução de 1848, protegeu o Palácio das Tulherias tempo o bastante para garantir a fuga do rei, hesitando um ataque pesado à massa. Seguiu sua cunhada, a duquesa Helena de Orléans, e seus dois filhos, à câmara dos deputados, onde foram separados pela turba, conseguindo finalmente escapar ao se disfarçar de guarda nacional.
Exílio
Embarcou para a Inglaterra, onde se estabeleceu com seus pais na Claremont House. O principal objetivo de Luís Carlos durante o exílio, especialmente após a morte do pai, foi a reconciliação entre os dois ramos da Casa de Bourbon, indispensável para o restabelecimento da monarquia francesa. Esse desejo foi frustrado em parte pelas atitudes de Henrique, Conde de Chambord, e também pela determinação de sua cunhada de manter as pretensões do conde de Paris. O duque de Némours estava mais disposto do que qualquer outro príncipe de sua família em aceitar os princípios dos legitimistas, mas as lentas negociações terminaram em 1857 com uma carta escrita por ele, em que insistia na aceitação por parte do duque de Chambord à bandeira tricolor e aos princípios do governo constitucional. Em 1871, os príncipes de Orléans renovaram sua aliança ao ramo mais antigo de sua Casa, mas foram excluídos com a ascensão do conde de Chambord ao poder em 1873.
O duque de Némours viveu na Bushy House após a morte, em 1866, da Rainha Maria Amélia, viúva de Luís Filipe.
Retorno à França e morte
Em 1871, o exílio imposto aos príncipes franceses foi retirado, mas Némours transferiu-se para Paris apenas após reconquistarem seus direitos políticos, Em março de 1872, Luís Carlos foi restituído ao seu posto militar como general-de-divisão. Após sua reforma, atuou como presidente da Cruz Vermelha até 1881, quando novos decretos contra os herdeiros ao Trono fizeram-no retirar-se da sociedade parisiense. Durante a presidência do marechal Patrice de Mac-Mahon, Némours aparecia de tempos em tempos no Palácio do Eliseu.