Luigi Ambrosio sinh tại Alba, Piedmont, Ý. Ông vào học "Scuola Normale Superiore di Pisa" (trường Cao đẳng sư phạm Pisa) năm 1981, và tốt nghiệp trường này cùng Đại học Pisa năm 1985 dưới sự hướng dẫn của Ennio de Giorgi. Ông đậu bằng tiến sĩ năm 1988.

Sau đó ông làm giáo sư ở Đại học Rome "Tor Vergata", Đại học Pisa rồi Đại học Pavia. Hiện nay ông là giáo sư ở Scuola Normale Superiore di Pisa. Ông cũng giảng dạy và hướng dẫn nghiên cứu ở Học viện Công nghệ Massachusetts (Hoa Kỳ), trường ETH Zürich và "Max-Planck-Institut fur Mathematik in den Naturwissenschaften" (Viện Max Planck nghiên cứu Toán học thuộc Khoa học tự nhiên) tại Leipzig.

Ông là chủ biên báo khoa học Phép tính vi phân và Phương trình vi phân riêng phần và là thành viên ban biên tập các báo khoa học khác.

Cuốn sách của ông viết chung với Fusco và Pallara đã được trích dẫn trên 1200 lần (theo thống kê trên Google Scholar) [1]