Luigi Gioli war ein Sohn des Ranieri Gioli und der Rosa Del Panta, ein älterer Bruder Francesco Gioli (1846–1922) wurde ebenfalls Maler der Macchiaioli. Gioli studierte zunächst Jura. Er besuchte daneben die Accademia di belle arti di Pisa.
Gioli wurde ein Freilichtmaler. Er stellte 1887 auf der Kunstausstellung in Venedig aus und war mit einem Landschaftsbild aus der Maremma auf der Weltausstellung Paris 1889 vertreten. Um die Jahrhundertwende malte er mit seinem Bruder an der Adria.
Seit den 1890er Jahren wirkte er in der Società di belle arti di Firenze mit und war auf den nationalen Kunstmessen regelmäßig vertreten, so bei der dritten internationalen Kunstausstellung von Venedig 1899 und 1906 bei der zeitgleich zur Weltausstellung in Mailand durchgeführten Ausstellung italienischer Maler.
Gioli illustrierte die Geschichte Tornan di Maremma in der von Renato Fucini vorgenommenen Neuausgabe der Veglie di Neri.
Cascina e la „macchia“ : Francesco e Luigi Gioli nella cultura pittorica europea di fine Ottocento. Pisa : Ospedaletto, 1993 [nicht eingesehen]
Lara Ciampi: La pittura del vero : Francesco e Luigi Gioli tra Ottocento e Novecento. Ausstellung in Cascina 1998. Pontedera : Baldecchi & Vivaldi, 1998 [nicht eingesehen]
Francesca Cagianelli, Riccardo und Fernando Tassi: Luigi Gioli : l’epica agreste e la città moderna tra macchia e impressione. Fotografie Carlo Cantin. Turin : U. Allemandi, 2005 [nicht eingesehen]