Louise-Marie s-a născut pe 18 februarie 1858 la Bruxelles, fiind fiica cea mare a regelui Leopold al II-lea al Belgiei și a soției lui, Marie Henriette de Austria. Părinții ei au avut o căsnicie nefericită, mariajul lor din 1853 fiind decis din motive exclusiv politice, pentru a asigura Belgiei o alianță puternică. Mirele nu a fost atras de viața de familie, iar mireasa era interesată doar de religie și avea câteva pasiuni limitate: călăria, câinii și muzica.
Nașterea fetiței, după patru ani de la nunta părinților, a fost o dezamăgire pentru că aceștia își doreau, pentru a asigura viitorul dinastiei, un băiat.
Tatăl ei o descrie astfel: „Este foarte înțeleaptă, fața ei este deja albă ca a mamei sale, iar regele Leopold I o găsește foarte drăguță. Sper că într-o bună zi va deveni așa, dar pentru moment văd doar că are ochii mari și întunecați, și, din păcate, un nas enorm ca al meu”. Louise-Marie a avut un frate, Léopold, născut în iunie 1859, care a devenit mândria familiei regale, și o soră mai mică, Stéphanie, viitoare arhiducesă moștenitoare a Imperiului Austro-Ungar, născută în mai 1864.
Pe 10 decembrie 1865, bunicul fetiței, regele Leopold I, fondatorul dinastiei belgiene, a murit după o domnie de 34 de ani și fiul său a urcat pe tron sub numele de Leopold al II-lea. Pentru Louise și Léopold, care aveau 7 și respectiv 6 ani, această nouă situație va duce la schimbări majore în viața lor de zi cu zi. Micul prinț devine moștenitorul tronului și este ridicat la titlul de Duce de Brabant, apoi Louise și fratele ei, care erau îngrijiți până atunci de o guvernantă, domnișoara Legrand, primesc un institutor, contele Ignace van der Straten-Ponthoz, maior de artilerie, care a fost asistat de Albert Donny. Cei doi bărbați au intrat în slujba copiilor regelui pe 4 martie 1866.
Fetițele și fratele lor au primit lecții de franceză, engleză, germană și italiană, matematică, istorie, călărie, religie și muzică, dar nivelul de educație al prințeselor nu a fost foarte ridicat.
Chiar dacă programele școlare erau incomplete, disciplina era foarte apreciată, după cum va povesti Louise: „Mama noastră ne-a crescut în mod englezesc. Camerele noastre semănau mai mult cu chiliile mănăstirii decât cu apartamentele princiare […] Regina m-a învățat, încă de la o vârstă fragedă, să mă descurc fără slujitori”. Despre tatăl ei, Louise va scrie: „Omul pe care îl văd când mă gândesc la rege este întotdeauna cel a cărui tăcere mi-a speriat copilăria. Mângâierile lui erau rare și scurte. Am fost, în fața lui, mereu intimidată. Mi s-a părut mai mult rege decât tată”.
În primăvara anului 1868, Léopold, în vârstă de aproape nouă ani, s-a îmbolnăvit, a avut frisoane puternice după ce căzuse în iazul din parcul Laeken, starea lui s-a deteriorat rapid, iar medicul regal l-a diagnosticat cu pericardită acută. În timpul verii părea că își revine, dar în scurt timp tusea băiatului a devenit persistentă, iar doctorul a recomandat îndepărtarea uvulei (a omușorului) și i-a efectuat această intervenție chirurgicală, apoi tânărul pacient a mers la Ostende pentru a-și reveni. Mama, regina Marie-Henriette, a plecat în orașul Spa pentru un sejur, regele și cele două fiice ale sale au rămas în Laeken, iar în august băiețelul a fost readus la reședința familiei pentru că făcuse o complicație numită hidropizie. În septembrie părea că se simte mai bine, dar starea lui s-a înrăutățit din nou și a murit pe 22 ianuarie 1869. În timpul bolii fratelui ei, Louise a fost foarte afectată de gravitatea situației și s-a rugat permanent pentru însănătoșirea micuțului.
Această primă dramă din viața tinerei prințese și a întregii familii regale belgiene a impresionat-o mult și va scrie mai târziu în memoriile sale: „A fost o lacrimă în ființa mea. Am îndrăznit, îmi amintesc, să-L blestem pe Dumnezeu, să-l tăgăduiesc”. Philippe, contele de Flandra, unchiul patern al Louisei, a devenit după acel moment moștenitor al tronului și în același an soția acestuia a dat naștere unui băiat care a primit numele Baudouin. Regele spera că va avea un al doilea fiu și, prin urmare, a reluat viață intimă cu regina, dar după un avort spontan suferit în martie 1871, Marie-Henriette a adus pe lume încă o fată, Clementine, pe 30 iulie 1872, ultimul copil al cuplului regal.
Prințesa Louise-Marie s-a căsătorit cu Philipp, prinț de Saxa-Coburg și Gotha-Koháry, vărul ei de gradul al doilea, la Bruxelles, pe 4 februarie 1875. Căsătoria nu a fost pe placul tatălui ei, care a privit-o ca pe o alianță nedorită cu Prusia, însă mama a fost cea care a încurajat-o. După balul dat în cinstea evenimentului, tinerii căsătoriți au plecat de la Bruxelles la castelul din Laeken, unde noaptea nunții s-a dovedit a fi un fiasco. Louise va povesti în memoriile sale: „Nu sunt prima tânără care, victima unei pudori exagerate bazată, poate, pe speranța că delicatețea soțului va aranja totul, nu învață nimic de la mama ei. Când am ajuns în seara nunții la Château de Laeken, în timp ce toată lumea din Bruxelles dansa în luminile sărbătorii naționale, am căzut din cer pe un pat de stânci căptușit cu spini. De-abia așteptam să vină dimineața ca să pot rămâne singură în camera nupțială. Atunci am fugit prin parc și aveam de gând să-mi ascund rușinea în plantația de portocali. O santinelă m-a văzut și a alergat la castel. Regina nu a întârziat să apară și a rămas multă vreme lângă mine, fiind cât se poate de maternă. Am ascultat-o mustrându-mă, mângâindu-mă, povestindu-mi despre ceea ce trebuia să înțeleg”.
Înainte de a pleca la reședința lor de la Palatul Coburg din Viena, mirii au făcut câteva vizite la curțile din Gotha și Dresda. În fiecare seară, Philipp îi dădea tinerei sale soții să bea mult, apoi o supunea perversiunilor sale erotice.
Pe 15 martie 1875, Louise a ajuns la noua ei reședință și a fost profund dezamăgită: „Mi-a fost frig de când am intrat. Palatul arată grozav în exterior, dar interiorul este sumbru. Camera mea m-a îngrozit. Imaginați-vă o cameră mare, mobilată cu dulapuri mici din lemn de culoare închisă, cu geamuri cu perdele albastre în spatele cărora nici nu am vrut să mă uit! În mijlocul acestui paradis, o vitrină imensă plină de amintirile de călătorie ale prințului: păsări împăiate, arme, statuete din bronz sau fildeș, diverse pagoda miniaturale”. Obligată să trăiască în acest mediu neprietenos, Louise nu s-a adaptat la nouă viață, mai ales că mamă posesivă a soțului ei și-a impus fără menajamente stilul de viață în fața nurorii care avea doar 17 ani.
Tânărul cuplu se certa frecvent pentru că Philipp voia să-și transforme radical soția, pe care o trata ca pe o proprietate a sa, și încearca să o introducă într-o sexualitate pe care ea o dezaproba oferindu-i cărți îndrăznețe sau arătându-i colecția lui erotică adusă din Japonia. Louise avea însă o personalitate puternică și independentă și a refuzat să se supună unui astfel de regim. S-a răzbunat pe Philipp și pe familia lui ducând o viață fastuoasă, a făcut cheltuieli uriașe și a șocat curtea imperială de la Viena cu atitudinea ei, iar curând au apărut zvonuri că ar avea mai mulți amanți.
Când cuplul a plecat la Bruxelles pentru a se întâlni cu părinții ei în vara anului 1876, regele Leopold și-a ignorat fiica. Fără îndoială, aflase detalii despre disputele conjugale și despre reputația Louisei la Viena. Deși nefericiți în căsnicie, cei doi au avut totuși doi copii, un fiu, Léopold, născut pe 19 iulie 1878 și o fiică, Dorothée, născută pe 30 aprilie 1881, dar nașterea lor nu i-a unit pe cei doi soți, care au continuat să se certe frecvent. Louise era din ce în ce mai ostilă, îl ura pe bărbat din toată ființa ei și nu a fost fericită nici în rolul de mamă. Din 1887, copiii lor au fost crescuți separat: băiatul a intrat sub autoritatea unui tutore, în timp ce Dorothée a fost încredințată unei guvernante.
Nonconformismul și frumusețea Louisei i-au adus prietenia moștenitorului Imperiului Austro-Ungar, arhiducele Rudolf, pe care l-a încurajat să se căsătorească cu sora ei mai mică, tânără Stéphanie. Nunta celor doi a avut loc la Viena pe 10 mai 1881, dar când Stéphanie s-a stabilit la curtea austriacă, mama ei, Marie-Henriette, a avertizat-o: „Evit-o pe Louise și, dacă o vezi, discută cu ea, dar nu te apropia prea mult pentru că este foarte frivolă”.
La douăzeci de ani de la căsătorie, în 1895, Louise-Marie a avut o aventură cu locotenentul Géza Mattachich, fiul vitreg al lui Oskar Keglevich, conte de Buzin, cu care obișnuia să se întâlnească în parcul Prater din Viena.
În ianuarie 1897, a scandalizat curtea imperială de la Viena părăsindu-și soțul, pe prințul Philipp, pentru locotenent, luând-o și pe fiica ei cu ea. Cei trei au călătorit la Paris, apoi la Cannes, locuind în diverse destinații din sudul Franței. Un an mai târziu, în 1898, Philipp și Mattachich s-au duelat la Viena, prima dată cu arme, apoi cu săbiile, iar prințul a fost rănit.
Mattachich a fost mai târziu arestat la Zagreb și închis timp de patru ani pentru declarare de identitate falsă, dovedindu-se că nu era, de fapt, fiul vitreg al lui Oskar Keglevich, așa cum pretindea.
Înstrăinată de tatăl, soțul și copiii ei, cheltuielile extravagante ale Louisei-Marie au înglodat-o și mai mult în datorii. În ciuda faptului că probabil era fiica celui mai bogat rege din acea vreme, prințesa a fost forțată să-și declare falimentul personal după ce s-a descoperit că Mattachich falsificase semnătura surorii ei, prințesa Stéphanie, pe un bilet la ordin pentru bijuterii în valoare de aproximativ 2.500.000 de dolari.
Susținut în planurile sale de către suveranii belgieni, prințul Philipp și-a declarat soția nebună și l-a convins pe împăratul Franz Joseph să o închidă într-un spital de psihiatrie, iar Louise a avut de ales între 
întoarcerea la Coburg sau internarea într-un azil și a optat pentru a doua soluție. A fost internată inițial în căminul de bătrâni din Döbling de lângă Viena, fiind instalată într-un pavilion special și izolată de ceilalți rezidenți.
În noiembrie 1898, femeia a fost transferată la un sanatoriu din Purkersdorf, tot lângă Viena, unde a primit un tratament mai bun decât la Döbling, apoi prințul Philipp a decis ca soția sa să fie trimisă în afara Imperiului. Pe 17 iunie 1899, Louise a fost dusă la sanatoriul Lindenhof din Saxonia, unde avea o locuință separată și unde a fost însoțită de Anna von Gebauer, doamna ei de companie, și de Olga Börner, o femeie de serviciu. În anii de internare, în afară de fiica ei, Dorothée, pe care a cerut să o revadă în februarie 1903, Louise nu a primit nicio altă vizită de la rudele ei, nici măcar cea a surorii Stéphanie.
Prințesa a fost instituționalizată pentru o perioadă de șase ani, dar după patru ani, Mattachich a ajutat-o pe fosta lui iubită să iasă din instituție. În cele din urmă, în ianuarie 1906, s-a pronunțat și divorțul de prințul Philipp, la aproape opt ani după ce Louise începuse procedura de separare.
Prințesa și locotenentul au rămas împreună până la moartea lui la Paris, în octombrie 1923. Louise era acum complet izolată, pentru că niciun membru al familiei regale belgiene nu voia să o ajute. În decembrie 1923 consulul general belgian în Franța i-a oferit posibilitatea să se stabilească la Wiesbaden, la hotelul Nassau. Peste câteva luni, în februarie 1924, a suferit tulburări circulatorii acute, agravate brusc de o dublă congestie. Sâmbătă, pe 1 martie 1924, a primit vizita unui prieten, Julius Fritz, care i-a propus să-i aducă un preot care să-i dea ultimele sacramente, dar când s-a întors cu duhovnicul, prințesa murise. Trei zile mai târziu Louise a fost înmormântată în cimitirul din sudul orașului Wiesbaden, dar niciu membru al familiei regale belgiene nu a participat la înmormântarea ei.
