Nacido en Santiago de Chile, inició su carrera profesional en las divisiones inferiores del Club Deportivo Palestino, conjunto compuesto en su mayoría por jugadores de ascendencia palestina. Debutó oficialmente en el primer equipo del cuadro árabe el 8 de septiembre de 2001, con tan sólo 17 años y 83 días, ingresando en el último minuto de juego de la victoria 3 a 2 ante Santiago Morning en el Estadio Santa Laura. Posteriormente, disputó otros ocho partidos en la tienda tetracolor durante 2001 y 2002, tres de ellos como titular, siendo expulsado en el último compromiso que jugó por Palestino antes de emigrar a Italia.[4]
Durante el mercado de transferencias de enero de 2006, Jiménez se convirtió en refuerzo de ACF Fiorentina de la Serie A, mientras permanecía bajo propiedad conjunta con su antiguo club, en una operación cercana a los 3,5 millones de euros. Durante su estadía en el club, tuvo 19 apariciones durante la temporada 2005-06, anotando 3 goles en el proceso.
Lazio
El 15 de enero de 2007, SS Lazio acordó un préstamo de un año por el jugador. Doce días más tarde, jugó su primer partido para Lazio contra Palermo.
Inter de Milán
El 13 de julio de 2007, se oficializó la llegada del volante chileno al poderoso Inter de Milán, en calidad de préstamo por dos temporada hasta el 2009.[5]
West Ham United
Firmó por West Ham United el 23 de junio de 2009. A pesar de que se le había otorgado un permiso de trabajo un par de semanas antes, el acuerdo solo se anunció una vez que se acordaron los términos personales del contrato. Hizo su debut oficial en el cuadro londinense siendo titular en la victoria por 2 a 0 en condición de visitante contra Wolverhampton Wanderers, el 15 de agosto. Anotó su primer y único gol jugando con la camiseta de West Ham United el 28 de noviembre, en la victoria por 5 a 3 contra Burnley Football Club, anotando de penal a los 64' de juego el 5-0 parcial.
Parma
El 1 de febrero de 2010, Parma firmó al jugador hasta junio del mismo año. Lamentablemente, fue expulsado en tres oportunidades desde que firmó con el conjunto italiano. Durante su paso por el club, disputó 12 encuentros, 10 de ellos como titular, sumando 869 minutos en cancha durante la temporada 2009-10 de la Serie A.
Cesena
El 31 de agosto de 2010, fue cedido al recién ascendido a la Seria A de Italia, Cesena, por un millón de dólares con opción de compra.
Luis Jiménez siendo presentado en Palestino el 11 de agosto de 2018 regresando a Chile luego de 16 años en el exterior.
Tras 16 años de carrera en el exterior, y luego de desechar ofertas del fútbol catarí, japonés, italiano y de los Emiratos, además de ofertas de, Huachipato y Unión Española. También pudo haber concretado su llegada a Universidad de Chile pero trabas de la dirigencia frustro todo, Jiménez confirma su regreso a Palestino,[6] club que lo vio nacer, acordando un contrato hasta fines del 2019.
El 4 de junio de 2005, asistió a Marcelo Salas en un partido clasificatorio contra Bolivia para que anotase su histórico gol número 35 con el equipo nacional, convirtiéndose en el máximo goleador en la historia de Chile hasta ese momento. Cuatro días después, anotó dos tantos contra Venezuela, siendo la figura del triunfo chileno por 2 a 1.
Jiménez se convirtió en capitán de Chile durante 2006 y también ganó el premio Jugador del Año Chileno 2005-06. Sin embargo, vio poca actividad en el equipo nacional bajo la dirección de Marcelo Bielsa.
El 19 de junio de 2011, y luego de tres años de ausencia, ingresó a los 90' de juego, en reemplazo de Matías Fernández, en la victoria 4 a 0 sobre Estonia. Cuatro días más tarde, fue titular en la igualdad sin goles ante Paraguay en Asunción, donde fue reemplazado por Felipe Gutiérrez a los 70' de partido. Tras ello, fue nominado por el entrenador Claudio Borghi para la Copa América 2011,[7] certamen donde disputó tres compromisos, todos como titular, y no convirtió goles. Su última convocatoria fue ante Francia, el 10 de agosto de 2011 donde Chile empató a 1 con los europeos.
Una larga estadía en equipos árabes imposibilitó la convocatoria de Jiménez a la selección por 10 años, hasta que el 18 de marzo de 2021 volvió a ser llamado a la Selección por el nuevo director técnico, Martín Lasarte, para afrontar un partido amistoso contra Bolivia el 26 de marzo. En dicho partido, anotó un gol tras 15 años sin marcar por Chile. La Roja ganó por 2 a 1 y Jiménez, con 36 años y 282 días, se convirtió en el jugador más longevo en anotar por el seleccionado chileno.
