Seul fils survivant de Charlemagne et d’Hildegarde, peut-être par volonté de marquer la filiation Mérovingiens-Carolingiens, il fut le premier de nos rois à porter le nom de Louis dérivé de Clovis le grand ancêtre. Son surnom de « pieux », attesté de son vivant, est probablement lié sa politique religieuse, nettement plus favorable à l’Église que celle de Charlemagne en respectant les Etats pontificaux et en accordant plus d’indépendance politique au pape en n'intervenant pas dans les élections pontificales.
Associé au pouvoir par un Charlemagne vieillissant, proclamé empereur en 813 et couronné par son père, à l’Aquitaine qui lui avait été destinée, son héritage se complétait par l’Allemagne et l’Italie attribuées à ses frères défunts. A la tête d’un territoire qu’on qualifierait aujourd’hui de « politiquement, religieusement et administrativement correct », il se révéla impuissant à en conserver l’unité.
Dès 817, il tenta de régler le problème de sa succession. Sans rompre entièrement avec la coutume franque du partage équitable, il innova en associant comme corégent de l'Empire Lothaire, son fils aîné, et en le désignant comme son héritier tandis que les deux autres recevaient des territoires restreints subordonnés à l’autorité de Lothaire.
A ces révoltes et guerres civiles que provoqua cette décision, allait s’en ajouter une autre. Louis, devenu veuf, épousa en secondes noces Judith de Bavière qui lui donna un fils, Charles.
Moins porté sur les conquêtes que son père, trop occupé à la réforme de l’Eglise, l’empereur avait un peu négligé l’administration de ses Etats et provoqué le mécontentement des évêques, de ses sujets et de l’aristocratie.
Alors, lorsqu’il décida de revenir sur son partage initial pour en laisser une part à son dernier né, ses trois aînés trouvèrent aisément un soutien auprès des mécontents dans leur rébellion. En 833, ils marchèrent contre leur père retranché près de Colmar. Abandonné de tous, Louis se rendit à ses fils qui le déposèrent avant de se répartir le pouvoir.
Enfermé dans un monastère à Soissons, sa femme tondue et exilée et le jeune Charles confié à des moines, Louis connut une nouvelle humiliation. Accusé d’être « coupable de tous les maux qui affligent l’Etat », lors d’une pénitence publique il dut, devant les évêques et le peuple, lire la confession de ses fautes qu’on lui avait dictée.
Mais rebondissement. Ses trois vainqueurs ne s’entendant pas entre deux, Pépin d’Aquitaine et Louis le Germanique rétablirent leur père sur son trône en 835.
Malgré sa réhabilitation par un concile, il ne retrouva jamais son prestige. Il profita de la mort de Pépin d’Aquitaine pour augmenter la part de Charles, son préféré. Nouvelle rébellion de Louis le Germanique. C’est en le poursuivant qu'il trouva la mort à Ingelheim près de Mayence.
Selon sa volonté, Louis Ier le Pieux fut inhumé dans le chapitre du monastère de l’abbaye bénédictine Saint-Arnould de Metz lors de funérailles organisée par son demi-frère Drogon, évêque de la ville.
En 1049, voulant sans doute augmenter la célébrité de l’église, l’abbé Warin le fit transporter, en présence du pape, dans la chapelle St-Etienne où reposait sa mère, Hildegarde. L'abbaye pouvait ainsi s’enorgueillir d’être nécropole carolingienne et ce, d’autant plus, qu’elle avait recueilli les dépouilles de saint Arnoul, de princes et princesses pippinides (pépinides) et de l'évêque Drogon.
En 1552, lors du siège de Metz par Charles Quint, l’abbaye fut détruite pour des raisons stratégiques. Le duc de Guise ordonna la translation des ossements de tous les membres de la famille de Charlemagne au couvent des Jacobins qui prit le nom d’abbaye de Saint-Arnould (actuel cercle de la garnison de Metz).