Rodil se je leta 1864 v francoskem Besanconu. Po koncu šolanja na tehniški šoli v Lyonu je z bratom delal pri očetovem fotografskem podjetju - sam kot fizik, Auguste pa kot upravnik. Po očetovi upokojitvi sta se brata začela ukvarjati z gibljivimi slikami in patentirala več tehnologij, ki so omogočile snemanje in projekcijo filmov, med njimi perforiran rob filmskega traku in "filmsko kamero" cinematographe, ki je bila filmska kamera, naprava za razvijanje filma in projektor v enem.
Prvi film prikazuje delavce
Z omenjeno napravo sta brata Lumière marca 1895 posnela prvi kratki film Odhod delavcev iz tovarne Lumière. Posnetek, dolg 46 sekund, prikazuje delavce, predvsem delavke, ki stopajo skozi vrata tovarne na obrobju Lyona in odhajajo.
Svoje kratke filme sta sprva prikazovala na zasebnih projekcijah. Začetek kinematografije zaznamuje prva javna projekcija, ki se je decembra istega leta zgodila v pariški kavarni Salon Indien du Grand Cafe. Tam sta prikazala deset kratkih filmov, med njimi tudi Odhod delavcev iz tovarne Lumière, vsak od njih je bil dolg približno 50 sekund in dolžine filma okoli 17 metrov.
Statično dokumentiranje realnosti
V naslednjem letu sta brata posnela skoraj 50 kratkih filmov, ki so imeli takojšen in pomemben vpliv na popularno kulturo. Njuni filmi o resničnih dogodkih, krajih in stvareh, imenovani actualites, veljajo za prve preproste dokumentarce, s posnetkom Škropilnica škropi pa sta naredila tudi prve korake v žanr komedije.
Brata sta se z napravo cinematographe odpravila tudi na turnejo. Med drugim sta obiskala Bombaj, London, Montreal, New York in Buenos Aires.

Film nima prave prihodnost
Uspehom navkljub sta sedmo umetnost čez čas postavila na stranski tir. Menila sta, da je film izum brez prave prihodnosti, zato se z njim nista več ukvarjala, naprave cinematographe pa kljub temu nista želela prodati.
Naposled sta se ponovno usmerila v fotografijo. Leta 1907 sta predstavila trislojno fotografsko ploščo, ki je omogočila barvne posnetke, njuno fotografsko podjetje pa je vrsto let veljalo za enega pomembnejših proizvajalcev fotografske opreme v Evropi.
Louis je umrl leta 1948, Auguste pa leta 1954.