Родился Луис Альварес в Сан-Франциско в семье профессора Калифорнийского университета, врача и журналиста в области медицины, Уолтера Клемента Альвареса. Учился в Чикагском университете, который окончил в 1932 году.
С 1936 года работал в Калифорнийском университете, с 1945 года в должности профессора. Одновременно в 1954—1959 и 1976—1978 занимал должность заместителя директора Радиационной лаборатории имени Э. О. Лоуренса в Беркли.
В 1969 году Альварес был избран президентом Американского физического общества.Фотография с пропуска в Лос Аламос