Louise naît dans une branche cadette de la Maison de Lorraine. Elle est la fille de Nicolas, comte de Vaudémont, et de Marguerite d'Egmont. Elle perdit sa mère en 1554, alors qu'elle n'avait qu'un an. Sa belle-mère, Jeanne de Savoie-Nemours, se montra douce et prévenante envers Louise. Mais la 3e femme de son père, Catherine d'Aumale, fut pour la douce Louise une vraie marâtre, dure et méchante. Louise devint une belle jeune fille, blonde, et discrète. En 1573, Catherine de Médicis, reine-mère de France, accompagnait à Nancy son fils préféré, Henri d'Anjou, récemment élu roi de Pologne. La Cour s'arrêta en Lorraine où la duchesse Claude, fille de Catherine, venait d'accoucher. Henri, amoureux fou de Marie de Clèves, princesse de Condé, remarqua la jeune Louise, qui lui rappela sans doute sa bien-aimée. Après le départ de Henri, Louise reprit sa vie triste et pieuse. Mais en 1574 Henri revint de Pologne pour devenir roi de France sous le nom d'Henri III.

En février 1575 le roi de France décida d'épouser Louise. La jeune femme se trouva ainsi propulsée sur le trône de France. Henri III l'aimait sincèrement, Louise l'adorait ... Ils passaient beaucoup de temps ensemble. Le roi la conseillait sur ses vêtements, ses produits de beauté. Mais Louise n'eut jamais d'enfants : ce fut le drame du couple ! Pendant que le roi s'abîmait en prières, en macérations, en flagellations ... la reine multipliait les prières. Le royaume était déchiré entre les catholiques fanatiques, menés par les Guise, cousins de la reine, et les protestants, menés par le roi de Navarre et le prince de Condé. La reine Louise soutint toujours son mari, secondant sa belle-mère, Catherine de Médicis, avec qui elle s'entendait bien. En 1588, alors qu'Henri III réussit à fuir Paris, Louise et Catherine restèrent dans la capitale. Elles réussirent ensuite à le rejoindre à Blois. Le 23 décembre 1588, Henri III fit assassiner le duc de Guise et le cardinal de Lorraine. Le 5 janvier 1589 mourut sa belle-mère. En août 1589 Henri III fut assassiné par un moine dominicain fanatique. Louise, effondrée, se retira alors à Chenonceau, que lui avait légué sa belle-mère. Elle n'eut de cesse de faire réhabiliter la mémoire de son mari, écrivant au pape pour faire condamner l'ordre des dominicains. Elle fit venir à Chenonceau des religieuses. Elle vivait dans le souvenir de son mari. En 1598 elle réconcilia son frère, le duc de Mercoeur, ancien ligueur, avec le nouveau roi Henri IV. Elle céda Chenonceau à sa nièce, Françoise de Mercoeur, qui venait d'épouser le duc de Vendôme, bâtard d'Henri IV. Elle mourut en 1601.