Figlio del conte Giuseppe, di antica casata, e di Carla Erba, della ricca borghesia lombarda, da entrambi eredita la passione per la musica, il teatro e la letteratura. Alla Scala, di cui i suoi avi sono stati soci fondatori, si forma la sua passione per il melodramma. Quarto di sette figli, a scuola è uno studente mediocre e inquieto, ma compensa la sua discontinuità con la lettura assidua dei classici del romanzo europeo e lo studio del violoncello. La madre cura personalmente la sua formazione musicale e Luchino nutrirà per lei un legame particolarmente profondo.

Progetta e costruisce a San Siro, nei pressi di Milano, una scuderia modello e si dedica con successo all'allevamento di cavalli da corsa. Tramite Coco Chanel e durante ripetuti viaggi a Parigi, incontra Jean Renoir che lo introduce nell’ambiente del Fronte Popolare francese, all’interno del quale matura la sua coscienza politica e professionale. Decide di dedicarsi al cinema come aiuto regista di Renoir nel film Une partie de campagne.

Nel 1939 muore la madre e, due anni dopo, anche il padre. Tornato in Italia, si lega al gruppo anti-fascista della rivista Cinema e realizza il capolavoro Ossessione, nel 1943. La storia è liberamente ispirata al noir di James Cain Il postino suona sempre due voltev. Le critiche saranno prevalentemente negative. Entra a far parte della Resistenza romana nei gruppi comunisti e viene arrestato e torturato alla pensione Jaccarino, in via Tasso, a Roma.

Finita la guerra, inizia, parallelamente al cinema, una intensa attività teatrale, rinnovando completamente la scelta dei repertori e i criteri di regia. Nel solo 1945, allestisce infatti sette spettacoli: Parenti terribili di Jean Cocteau, Quinta colonna di Ernest Hemingway, La macchina da scrivere, Antigone di Vittorio Alfieri, A porte chiuse di Jean-Paul Sartre, Adamo , La via del tabacco di Cadwel Erskinne.

Nel 1946, altri quattro: Il matrimonio di Figaro di Pierre-Augustin Caron de Beaumarchais, Delitto e castigo tratto dal romanzo di Fedor Mihailovic Dostoevskij, Zoo di vetro di Tennessee Williams, Euridice, gli ultimi tre allestiti con la Compagnia Italiana di Prosa da lui diretta. Tutti testi di autori estranei ai teatri italiani fino a quel momento. Nell’autunno 1948, viene presentato senza successo a Venezia il secondo film La terra trema, ispirato al capolavoro I Malavoglia di Giovanni Verga. A novembre, va in scena As you like it di William Shakespeare, con le scene di Salvador Dalì.

Fra il 1949 e il 1951 ancora teatro: due edizioni di Un tram che si chiama desiderio di Tennessee Williams, Oreste di Domenico Cimarosa, Morte di un commesso viaggiatore di Arthur Miller e Il seduttore di Diego Fabbri. Fa epoca l'allestimento di Troilo e Cressida - di William Shakespeare - nell'edizione del Maggio Musicale Fiorentino del 1949. E' di due anni dopo Bellissima, primo film girato con Anna Magnani: il secondo sarà Siamo donne, due anni più tardi.

Successo e scandalo accolgono il film Senso - ispirato da un racconto di Camillo Boito tratto dalla raccolta di novelle Senso, nuove storielle vane -, ma anche revisione critica del Risorgimento italiano, per il quale verrà attaccato anche dagli abituali estimatori. Alla premiazione della mostra del cinema di Venezia del 1954 esplode una accesa polemica per la vittoria del film di Federico Fellini La strada, contrapposto a Senso di Visconti. Federico Rossi, assistente di Fellini e Franco Zeffirelli - aiuto regista di Visconti - arrivano allo scontro fisico. I due vengono accompagnati a commissariato del Lido. La sfida tra i due registi si protrae per quasi un decennio.

Dopo l’allestimento di Come le foglie di Giuseppe Giacosa, il 7 dicembre 1954, ha luogo la prima de La Vestale di Gaspare Spontini, grande edizione scaligera con Maria Callas. Inizia così la irreversibile rivoluzione portata da Visconti nella regia del melodramma. Il sodalizio con la cantante regala al teatro lirico mondiale le geniali edizioni de La Sonnambula di Vincenzo Bellini, de La Traviata (1955) di Giuseppe Verdi, di Anna Bolena e Ifigenia in Tauride di Euripide nel 1957. Nello stesso anno gira Le notti bianche con Marcello Mastroianni tratto da Dostoevskij.

La fine degli anni ’50 e i primi anni ’60 vengono brillantemente spesi da Visconti fra il teatro di prosa e quello lirico e il cinema. Basti citare l’allestimento di Salomè di Richard Strauss e dell'Arialda di Giovanni Testori: Rocco e i suoi fratelli e Il Gattopardo con Claudia Cardinale e Burt Lancaster. Nel 1956 mette in scena Mario e il Mago, azione coreografica dal racconto di Thomas Mann e, l’anno dopo, il balletto Maratona di danza. Nel 1965, Vaghe stelle dell'Orsa... vince il Leone d'oro al Festival di Venezia. Grande è l'ovazione che accoglie al teatro Valle di Roma l'allestimento de Il giardino dei ciliegi di Anton Cechov. Per il melodramma, dopo i successi del 1964 con la realizzazione de Il Trovatore di Giuseppe Verdi e de Le nozze di Figaro di Wolfgang Amadeus Mozart, allestisce nello stesso anno Don Carlo di Giuseppe Verdi al teatro dell’Opera di Roma.

Dopo la contrastata trasposizione cinematografica de Lo straniero da Albert Camus, Visconti porta a compimento il progetto di una trilogia germanica con La caduta degli dei (1969), Morte a Venezia (1971) tratto da Thomas Mann e Ludwig (1973). Durante la lavorazione di quest’ultimo film, il regista viene colto da ictus. La malattia ostacola, ma non interrompe la sua attività. Realizzerà ancora un’edizione di Manon Lescaut di Giacomo Puccini per il Festival dei Due Mondi a Spoleto e Old Time di Harold Pinter, ambedue nel 1973. Per il cinema realizza Gruppo di famiglia in un interno (1974), sceneggiatura ideata da Suso Cecchi D’Amico ed Enrico Medioli in modo da non gravare troppo sulla sua salute malferma, e infine L’innocente (1976) da Gabriele D’Annunzio.

Muore a Roma nel marzo dello stesso anno, senza aver potuto lasciarci il progetto, accarezzato da sempre, di un film su La recherche du temps perdu di Marcel Proust.