Луи Вьерн родился почти слепым, но после операции в семилетнем возрасте его зрение немного улучшилось. Его музыкальные способности проявились очень рано и под влиянием своего дяди Шарля Колена, профессора Парижской консерватории по классу гобоя и органиста одной из парижских церквей, он начал обучаться игре на фортепиано. Именно от него Вьерн впервые услышал рассказы об известном органисте Сезаре Франке, который позже стал его первым учителем органного искусства. В десятилетнем возрасте Луи Вьерн впервые услышал игру Франка на органе в базилике Св. Клотильды и, по его собственным словам, она стала для него откровением.
В 1881 году Вьерн поступил в школу-интернат для слепых, где помимо традиционных школьных дисциплин он обучался игре на органе, фортепиано, скрипке, а также познакомился с гармонией, контрапунктом и композицией. В 1886 году Вьерн завоевал первый приз по скрипке и фортепиано в ежегодном школьном конкурсе. Одним из членов конкурсного жюри был С. Франк. Выступление Л. Вьерна произвело на него сильное впечатление и он пообещал юному музыканту заняться его обучением после окончания школы. Этот разговор с Франком определил дальнейшую судьбу Луи Вьерна как музыканта.
Два года спустя Вьерн был допущен в качестве слушателя в органный класс Франка, а в 1890 году его мечта сбылась и он стал студентом Парижской Консерватории и учеником Сезара Франка. Однако счастье было недолгим, в том же 1890 году Франк внезапно умер от осложнений после гриппа.
Место профессора по классу органа после С.Франка занял другой известный музыкант Ш. М. Видор, совмещавший этот пост с должностью титулярного органиста церкви Сен-Сюльпис в Париже. В 1892 году Вьерн стал помощником Видора в церкви Сен-Сюльпис, а спустя два года — ассистентом профессора в консерватории.
Летом 1898 года во время частной поездки в Кан Л. Вьерн встретился с дочерью своего старого знакомого, известного баритона Оперы-Комик Э.-А. Таскина, который брал у него уроки игры на органе. Эта встреча оказалась судьбоносной и в апреле 1899 года Арлетта Таскин стала женой Вьерна.
К концу XIX века Л. Вьерн являлся автором примерно двух десятков композиций, написанных в жанре фортепианной, вокальной и камерной музыки. В 1899—1900 г. он создал свои первые крупные произведения — Первую симфонию для органа (Op.14) и Торжественную мессу (Op.16) для четырёхголосного смешанного хора, органа и оркестра. Позднее, по совету Ш.-М. Видора, в Мессе вместо редко используемого в духовной музыке оркестра был введён орган. 8 декабря 1901 года состоялась премьера Торжественной Мессы, партии органов исполняли Ш.-М. Видор и сам Л. Вьерн.
В 1900 году на конкурсной основе Вьерн был назначен на пост титулярного органиста Собора Парижской Богоматери, который он занимал до конца жизни. Как и в церкви Сен-Сюльпис, в Соборе Парижской Богоматери был установлен великолепный орган Аристида Ковайе-Коля, особенности звучания которого оказали значительное влияние на органные композиции музыканта. Л. Вьерн очень быстро приобрёл славу блестящего органиста и импровизатора и много концертировал, а после окончания Первой мировой войны гастролировал в Европе (1921—1924 гг.) и Америке (1927 г.), давая помимо концертов и мастер-классы.
Жизнь Луи Вьерна была полна трагических событий. Проблемы со зрением, которое удавалось кратковременно улучшить операциями, преследовали Вьерна всю жизнь. В 1909 году он развёлся с женой, ушедшей к его другу, известному органостроителю Шарлю Мютену, которому Вьерн посвятил Вторую органную симфонию. В 1913 году умер его младший сын, а в ноябре 1917 года Первая мировая война унесла жизнь и старшего сына. В довершение всех несчастий, в мае 1918 года погиб его младший брат-органист, в музыкальное обучение которого Вьерн вложил немало сил.
Л. Вьерн много времени посвящал занятиям со студентами. Начало его педагогической деятельности относится ещё к концу XIX века, когда молодой музыкант работал ассистентом Александра Гильмана, часто замещая профессора во время его частых гастрольных поездок. Начиная с 1911 года Вьерн вёл класс органа в «Схола канторум»[1]. Несмотря на проблемы со здоровьем и в личной жизни, он всегда оставался добрым и терпеливым наставником. Среди его учеников были Марсель Дюпре, Лили и Надя Буланже, Анри Ганьебен и другие известные органисты и композиторы.
В 1931 году заслуги Луи Вьерна получили официальное признание: он стал рыцарем Ордена Почётного легиона.
Луи Вьерн умер 2 июня 1937 года от сердечного приступа в Соборе Парижской Богоматери во время своего 1750-го сольного концерта.