Il est fils d'Henry Gendre et d'Yvonne Jourdan, propriétaires d'un hôtel. Il a été élevé en France, en Turquie et en Angleterre, et s'est exercé en tant qu'acteur à l'École dramatique, faisant ses débuts à l'écran en 1939.
Après l'occupation allemande de la France pendant la Seconde Guerre mondiale, il a continué à faire des films, mais après avoir refusé de participer aux productions cinématographiques de propagande nazie. Il a rejoint la résistance française ; son père a été arrêté par la Gestapo.
Après la Libération, Louis Jourdan a épousé Berthe Frédérique, avec qui il a eu un fils. En 1961, il rencontra Denise Le Mentec à Cannes pendant le tournage du Comte de Monte-Cristo ; leur liaison dura 7 ans et ils eurent un fils, Éric Le Mentec qui vit à Paris.
Il fit une carrière internationale importante, notamment à Hollywood, mettant en avant le charme français à la manière d'un
Charles Boyer (surnommé « The French Lover »). Mais, de plus, fait notable, comme des acteurs américains des années 1950-1960 pouvaient l'être, il était rompu à plusieurs disciplines et chantait en anglais et sans doublage dans les comédies musicales auxquelles il a participé outre-Atlantique (Gigi, Can-Can).