Один из двух действующих католических храмов Москвы наряду с кафедральным собором Непорочного Зачатия Пресвятой Девы Марии. При церкви действует воскресная школа, скаутское движение (Скауты Европы). Регулярно проводятся благотворительные органные концерты.

В 1789 году проживающие в Москве французы подали прошение о разрешении им строительства католического храма. После получения разрешения от московских властей и его одобрения императрицей Екатериной II был построен небольшой деревянный храм на участке между Малой Лубянкой и Милютинским переулком. Освящение церкви во имя французского короля Людовика IX Святого состоялось 30 марта 1791 года.

В XIX веке было осуществлено строительство современного здания храма на месте прежнего. Строительство было начато в 1833 году, а закончено двумя годами позже. Храм был сооружён по проекту известного архитектора А. О. Жилярди. Освящение состоялось, однако, лишь 17 июня 1849 года, о чём напоминает мраморная доска в алтарной части церкви.
Статуя св. Людовика

При храме св. Людовика существовали две гимназии — мужская гимназия св. Филиппа Нери и женская гимназия св. Екатерины; а также благотворительный приют св. Доротеи.

К 1917 году число прихожан насчитывало 2700 человек.

После революции 1917 года для храма наступили тяжёлые времена, храм многократно разорялся, настоятель был выслан из страны. До 1926 года французский приход опекался отцом Зелинским, настоятелем храма св. апостолов Петра и Павла в Милютинском переулке. В 1926 году епископ Мишель д’Эрбиньи в тайне от советских властей рукоположил в епископы в храме святого Людовика ассумпциониста П. Э. Невё и ещё двух священников - А.И. Фризона и Б. Слосканса. Однако его тайна была раскрыта и Д’Эрбиньи был выслан из СССР. Предпринимались попытки выслать и епикопа Невё, однако его оставили в стране после протестов французского посольства.

Всё время существования СССР храм св. Людовика оставался единственным открытым католическим храмом Москвы и одним из двух (наряду с храмом Лурдской Божией Матери в Ленинграде) католических храмов в РСФСР.

С начала 90-х годов в жизни храма начался новый период. 13 апреля 1991 г. папа Иоанн Павел II объявил о создании Апостольской администратуры для католиков латинского обряда европейской части России. Торжественное вступление в должность апостольского администратора архиепископа Тадеуша Кондрусевича состоялось в храме святого Людовика 28 мая 1991 г.

В настоящее время, в связи с тем, что третий католический храм Москвы — храм св. апостолов Петра и Павла в Милютинском переулке так и не был возвращён Церкви, в храме святого Людовика проводят службы как приход святого Людовика (преимущественно франко - и англоязычный), так и приход св. Петра и Павла (преимущественно русскоязычный).