Louis Jourdan monte à Paris et s'inscrit au Cours Simon. Très vite, il devient assistant opérateur de Marc Allégret et participe notamment à la réalisation de Entrée des artistes. Louis Jouvet le décide à devenir acteur. En 1939, il obtient son premier rôle au cinéma : un remplacement dans Le corsaire (1939) de Marc Allégret, mais la Seconde Guerre mondiale met fin au tournage.
Pendant toute sa carrière, Louis Jourdan joue les jeunes premiers. Deux films le révèlent au grand public : La comédie du bonheur (1940) de Marcel L'Herbier, puis Premier rendez-vous (1941) d'Henri Decoin, avec Danielle Darrieux. Immédiatement, il enchaîne les tournages : en 1941, c'est L'arlésienne, de Marc Allégret, qui lui offre son premier rôle dramatique ; en 1942, c'est Félicie Nanteuil du même réalisateur, puis La vie de bohême de Marcel L'Herbier ; l'année suivante, il retrouve Marc Allégret pour Les petites du quai aux fleurs. Mais quand la Gestapo arrête son père, Jourdan quitte les écrans pour s'engager dans la Résistance. A la Libération, David O. Selznick le contacte ; c'est désormais une carrière à Hollywood qui s'ouvre à lui. Dans Le procès Paradine (1947) d'Alfred Hitchcock, Jourdan évolue au côté de Charles Laughton, de Gregory Peck et d'Alida Valli. Max Ophüls l'emploie dans Lettre d'une inconnue (1948). L'acteur présente toutes les qualités du french lover : séduction ténébreuse, élégance et bon goût. Qualifié de " second Charles Boyer ", Louis Jourdan tourne quelques films marquants : L'oiseau de paradis (1951) de Delmer Daves, La flibustière des Antilles (id.) de Jacques Tourneur, Sacré printemps (1952) de Richard Fleischer. Il revient quelquefois en Europe où il tourne dans Rue de l'estrapade (1952) de Jacques Becker, dans La mariée est trop belle (1956) de Pierre Gaspard-Huit, dans Gigi (1958) de Vincente Minnelli. Ce dernier film lui apporte une renommée internationale. La critique américaine le salue alors comme un comédien à part entière. Il s'illustre aussi bien dans La fontaine des amours (1954) de Jean Negulesco ou dans Can-can (1959) de Walter Lang. Après Le comte de Monte-Cristo (1961) de Claude Autant-Lara, Louis Jourdan traverse l'atmosphère étrange de Léviathan (1962) de L. Keigel, film inspiré de l'oeuvre de Julien Green. Il prête sa froideur à un méchant d'Octopussy (1982), un James Bond de John Glenn. Puis Louis Jourdan se consacre à la télévision et au théâtre. En 1992 cependant, il apparaît dans Year of the comet de Peter Yates.
A Broadway, Louis Jourdan interprète L'immoraliste, Ce soir à Samarcande et On a clear day you can see forever.
Il tourne également pour la télévision américaine.
Courts métrages 1941 | Nous les jeunes | Maurice Cloche |
| 1946 | Un drame au cirque | Marc Allégret |
Longs métrages| 1940 | Comédie du bonheur (La) | Marcel L'Herbier |
| 1940 | Parade en sept nuits | Marc Allégret |
| 1940 | Untel père et fils | Julien Duvivier |
| 1941 | Arlésienne (L') | Marc Allégret |
| 1941 | Premier rendez-vous | Henri Decoin |
| 1942 | Belle aventure (La) | Marc Allégret |
| 1942 | Félicie Nanteuil | Marc Allégret |
| 1942 | Vie de bohème (La) | Marcel L'Herbier |
| 1943 | Petites du quai aux fleurs (Les) | Marc Allégret |
| 1947 | Letter from an Unknown Woman Lettre d'une inconnue | Max Ophuls |
| 1947 | Paradine Case (The) Le Procès Paradine | Alfred Hitchcock |
| 1948 | No Minor Vices La Vérité nue | Lewis Milestone |
| 1949 | Madame Bovary | Vincente Minnelli |
| 1950 | Bird of Paradise L'Oiseau du paradis | Delmer Daves |
| 1951 | Anne of the Indies La Flibustière des Antilles | Jacques Tourneur |
| 1952 | Decameron Nights Pages galantes de Boccace | Hugo Fregonese |
| 1952 | Happy Time (The) Sacré printemps | Richard Fleischer |
| 1952 | Rue de l'Estrapade | Jacques Becker |
| 1953 | Three Coins in the Fountain La Fontaine des amours | Jean Negulesco |
| 1955 | Swan (The) Le Cygne | Charles Vidor |
| 1956 | Julie Le Diabolique Monsieur Benton | Andrew L. Stone |
| 1956 | Mariée est trop belle (La) | Pierre Gaspard-Huit |
| 1957 | Dangerous Exile Le Prisonnier du Temple | Brian Desmond Hurst |
| 1957 | Escapade | Ralph Habib |
| 1957 | Gigi | Vincente Minnelli |
| 1959 | Best of Everything (The) Rien n'est trop beau | Jean Negulesco |
| 1959 | Can-can | Walter Lang |
| 1959 | Premier Khrushchev in the USA | Anonyme |
| 1960 | Vergini di Roma (Le) Les Vierges de Rome | Vittorio Cottafavi, Carlo Ludovico Bragaglia |
| 1961 | Comte de Monte-Cristo (Le) | Claude Autant-Lara |
| 1961 | Disordine (Il) Le Désordre | Franco Brusati |
| 1961 | Leviathan | Léonard Keigel |
| 1962 | Irma La Douce | Billy Wilder |
| 1962 | Mathias Sandorf | Georges Lampin |
| 1962 | V.I.P.'s (The) Hôtel international | Anthony Asquith |
| 1965 | Made in Paris | Boris Sagal |
| 1966 | Avventure e gli amori di Miguel Cervantes (Les) Aventures extraordinaires de Cervantes | Vincent Sherman |
| 1966 | Peau d'espion | Edouard Molinaro |
| 1966 | Sultans (Les) | Jean Delannoy |
| 1967 | A Flea in Her Ear La Puce à l'oreille | Jacques Charon |
| 1974 | Count of Monte-Cristo (The) | David Greene |
| 1975 | Piange, il telefono [Le Téléphone pleure] | Lucio De Caro |
| 1976 | Silver Bears | Ivan Passer |
| 1977 | Plus ça va, moins ça va | Michel Vianey |
| 1980 | Swamp Thing La Créature du marais | Wes Craven |
| 1981 | Double Deal | Brian Kavanagh |
| 1982 | Bayou Romance | Alan Myerson |
| 1982 | Octopussy | John Glen |
| 1987 | Escuadron | José Antonio de la Loma |
| 1988 | Return of the Swamp Thing (The) La Créature du lagon : Le retour | Jim Wynorski |
| 1992 | Year of the Comet (The) | Peter Yates |