En la localidad cacereña de Jaraicejo vino al mundo nuestra protagonista en el segundo día del año 1566, aunque su estancia en este municipio extremeño no fue muy prolongada, pues poco después de su nacimiento, su padre, Francisco de Carvajal, fue destinado a León como corregidor. Su madre, María, también pertenecía a una importante familia de la aristocracia castellana, de hecho, era hermana del I marqués de Almazán. Cuando Luisa contaba tan solo con seis años quedó huérfana, ya que en un corto espacio de tiempo murieron sus padres. Esta circunstancia condicionó el resto de su vida, pues le hizo vivir una serie de experiencias que marcarían su devenir personal. Primero tuvo que trasladarse a Madrid para ser acogida por su tía abuela María Chacón, pero al morir en 1576 tuvo que irse a vivir con su tío materno, el marqués de Almazán. Durante un tiempo convivió con su tía y sus primas y ello le permitió acceder a una esmerada educación que le posibilitó recibir clases de latín y estudiar a autores clásicos. Pero todo empezó a cambiar cuando el marqués de Almazán fue nombrado virrey de Navarra en 1579 y al año siguiente Luisa se trasladó sin su tía ni sus primas a Pamplona, donde su tío le impuso una estricta y rigurosa educación religiosa, que, en ocasiones, conllevaba ciertas privaciones e incluso castigos corporales, como ser azotada más de cien veces sobre su cuerpo desnudo con cuerdas de vigüela.
Las duras condiciones que tuvo que soportar Luisa durante su adolescencia provocaron que su salud se tornase quebradiza, pero contribuyeron a forjar una intensa personalidad que le ayudaría a afrontar con entereza y determinación los duros momentos y complejas circunstancias a los que tendría que hacer frente a lo largo de su vida. A pesar de sus profundas convicciones religiosas no se planteó ingresar en un convento, pues siempre concedió gran importancia a poder desarrollar una vida libre e independiente, aunque ello conllevase padecer incomprensión e incomodidades. Cuando sus tíos murieron en 1592 decidió reclamar su herencia paterna, para lo cual no dudó en litigar con uno de sus hermanos. Luisa no quería el dinero de la herencia para lograr una vida más cómoda, sino poder dedicarlo a obras piadosas, de hecho, la mayor parte de la herencia la donó a la Compañía de Jesús y guardó una pequeña parte para adquirir una humilde casa en Madrid donde convivió con sus antiguas criadas, compartiendo con ellas una vida de pobreza, recogimiento y oración, que, en ocasiones, le llevó a experimentar intensas experiencias místicas, que hacia 1595 empezó a describir cuando inició su producción literaria, en la que logró exponer con gran maestría sus profundas vivencias religiosas, exaltando su amor místico con Dios a través de variadas composiciones poéticas en las que empleó romances, décimas, redondillas, sonetos…
En 1602 se instaló en Valladolid para estar cerca de la corte, que desde el año anterior se había trasladado a esta ciudad desde Madrid, pues seguía pleiteando por su herencia y necesitaba estar próxima al tribunal donde se iba a dictar la sentencia definitiva, que finalmente dio la razón a Luisa. A pesar de haber elegido una vida entregada a la oración, Luisa se mantuvo muy bien informada de los acontecimientos políticos que afectaban a España, lo cual se pone de manifiesto tanto en su interesante legado epistolar como en su decidida participación en algunos importantes sucesos vinculados con las disputas religiosas que se produjeron en este período de la historia europea. En este sentido, destaca su interés en situar en el trono inglés a un monarca católico, manifestando en muchas de las cartas que compartirá con destacados personajes de la época su esperanza de que Inglaterra fuese de nuevo un país católico.
Con el fin de contribuir al regreso del catolicismo como religión oficial en Inglaterra, intensificará sus contactos con los jesuitas ingleses, con quienes se sentía muy identificada por su espíritu de lucha. Decepcionada por la “inacción” de la corona española, decide marchar a Londres a comienzos de 1605, pero su llegada a Inglaterra se produce en una compleja coyuntura, pues pocos meses después de su llegada los católicos ingleses intentaron destruir el Parlamento inglés en una acción conocida como la “Conjuración de la pólvora”. Como consecuencia de este hecho, se intensificó la persecución a los católicos ingleses, circunstancia que no amilanó a Luisa, al contrario, reactivó su lucha polemizando en la calle, destruyendo pasquines antipapistas y acogiendo en su casa a los católicos perseguidos. Estos actos provocaron que fuera arrestada en 1608 durante unos meses, pero cuando fue liberada no dejó de mantener una actitud batalladora, lo que generó ciertos problemas diplomáticos. En 1613 el obispo de Canterbury ordenó que fuese detenida de nuevo, pero el embajador español logró sacarla de prisión por el deterioro de su salud y la acogió en la embajada. El rey Felipe III quería mantener una buena relación con el monarca inglés y por ello ordenó el regreso a España de Luisa, pero su delicada salud lo impidió, muriendo en Londres el 2 de enero de 1614. Cuando los restos de esta mujer independiente y luchadora llegaron a España en 1615 fueron enterrados en el Real Monasterio de la Encarnación de Madrid.