לואי היה בן דודו של שארל השמיני, והוכתר למלך לאחר מותו של האחרון ב-7 באפריל1498. עם הכתרתו בוטלו נישואיו הראשונים לז'אן (בתו של לואי האחד עשר), ובשנת 1499 הוא נשא לאישה את אן מברטאן, אלמנתו של שארל השמיני, כדי שיוכל להמשיך ולהחזיק בחבל ברטאן כנחלתו של מלך צרפת. בשנת 1514, אחרי מותה של אן מברטאן, שילדה לו שתי בנות, נשא לאישה את מרי טיודור (אחותו של הנרי השמיני, מלך אנגליה) כחלק של הסכם השלום בין אנגליה לבין צרפת, ובתקווה שתלד לו בן שיוכל לרשת אותו, אך ללא הצלחה.
ב-11 בנובמבר1500 נחתם הסכם גרנדה בין לואי השנים עשר לבין פרננדו השני, מלך אראגון על חלוקת ממלכת שתי הסיציליות. על פי הסכם זה ממלכת נאפולי נמסרה ללואי השנים עשר בעוד שסיציליה נמסרה לפרננדו השני. ב-13 באוקטובר1501 נחתם הסכם בין לואי השנים עשר לבין מקסימיליאן הראשון שלפיו הכיר האחרון בכיבושיו של לואי השנים עשר בצפון איטליה. בינתיים התגלעו חילוקי דעות בין לואי השנים עשר לבין פרננדו השני. כתוצאה, פרצה מלחמה שבעקבותיה נחתם הסכם ליון (31 בינואר1504) שלפיו לואי השנים עשר ויתר על שלטונו בממלכת נאפולי תמורת הכרה בשלטונו במילאנו ובג'נובה.
כדי לבלום את התפשטותה של הרפובליקה של ונציה, האפיפיוריוליוס השני הקים ב־1508 את הליגה של קמברה עם לואי השנים עשר, מקסימיליאן הראשון ופרננדו השני. אם כי כוחותיו של לואי השנים עשר הביסו את אלה של ונציה בקרב אנדיילו (14 במאי1509), יוליוס השני הבין עד מהרה כי לצרפתים תוכניות משלהם לגבי איטליה. ב-1510 הוא פרש מן הליגה של קמברה וכרת ברית עם ונציה, אך ברית זו הובסה שוב ושוב בידי הצרפתים.
ב-1511 כרת יוליוס השני ברית עם ספרד במטרה להרחיק את הצרפתים מאדמת איטליה. לברית זו, שכונתה הליגה הקדושה, הצטרפו גם מקסימיליאן הראשון והנרי השמיני, מלך אנגליה. כוחות צרפת, בפיקודו של גאסטון דה פואה, הביסו את הספרדים בקרב רוונה (11 באפריל1512), אך דה פואה נהרג בקרב זה והצרפתים נסוגו מאדמת איטליה לאחר שכוחות שווייץ, שהצטרפה לליגה הקדושה, פלשו למילאנו. צבאו של לואי השנים עשר פלש שוב לאיטליה, אך נסוג ממנה לאחר שהובס שוב בידי השווייצרים בקרב נובארה. בכך הגיעו לקצם ניסיונותיו של לואי השנים עשר להשתלט על איטליה.
לואי השנים עשר היה מלך פופולרי משום שהפחית את המיסים והנהיג רפורמה בחוק הצרפתי. על כך זכה לכינוי "אבי האומה". הוא מת ב-1 בינואר1515 ונקבר בבזיליקת סן-דני שליד פריז. בגלל החוק הסאלי, שלא איפשר לנשים לרשת את כתר צרפת, ירש את הכתר בן דודו פרנסואה הראשון. כדי לדאוג שמלכי צרפת הבאים יהיו צאצאיו, חיתן לואי את בתו קלוד לפרנסואה.
