Professà en l’orde augustinià, del qual fou definidor i provincial de Castella. Estudià a les universitats d’Alcalá de Henares i de Salamanca i fou catedràtic de filosofia moral i de Sagrada Escriptura d’aquesta darrera. A causa del seu Comentario al Cantar de los Cantares (1561) fou perseguit i pres (1573-76) per la inquisició.
Escriví en prosa (a més dels comentaris bíblics In Cantica Canticorum, In psalmo XXVI i Exposición del Libro de Job) La perfecta casada (1583) i De los nombres de Cristo (començat a publicar el mateix any), un dels llibres d’estil més elegant i equilibrat del segle XVI castellà. També edità per primera vegada les obres de santa Teresa de Jesús.
La fama literària de fra Luis de León, però, és deguda a una trentena de composicions poètiques publicades per Quevedo el 1631. Amb tot, fins avui no ha estat ben establert el text, no ha estat resolta la qüestió de l’autenticitat ni aclarida la diferència entre les peces originals i les imitacions d’Horaci i de Petrarca. Fra Luis segueix el corrent horacià iniciat per Garcilaso de la Vega en la seva A la flor de Gnido i en representa la més alta realització. Tota la seva obra lírica és caracteritzada per una admirable perfecció formal, que fa de marc a una gran sobrietat i simplicitat expressiva i a un gran do d’efusió. Les seves fonts d’inspiració són els clàssics, la Bíblia i els Pares de l’Església, sobretot sant Agustí. La base platonicoaugustiniana del seu pensament i la seva concepció harmònica del cosmos són premisses indispensables per a comprendre la seva poesia.