1 апреля 1783 года Луи Барагэ д’Илье поступил на службу в Эльзасский (с 1791 — 53-й) пехотный полк в чине кадета. 23 июля 1787 года его произвели во 2-е лейтенанты, а 18 марта 1791 года в лейтенанты.
1 мая 1791 года подал в отставку, но уже 20 января 1792 года получил звание капитана и назначается в 11-й легкий батальон.
10 февраля 1792 года Барагэ д’Илье был назначен адъютантом генерала Крийона, а 27 мая 1792 года — адъютантом генерала Ля Бурдоннэ. С 28 июля 1792 года он служил в Альпийском легионе в чине подполковника. 20 сентября того же года произведён в полковники и 8 ноября назначен адъютантом генерала Кюстина. В 1792 году принял участие в сражениях при Спире (30 сентября), Вормсе (4 октября), Майнце (21 октября), Франкфурте-на-Майне (23 октября).
6 января 1793 года Барагэ д’Илье был ранен в бою при Хохгейме, а 4 апреля 1793 года получил чин бригадного генерала и был назначен начальником штаба генерала Кюстина, а затем генерала Александра Богарне. По приказу правительства якобинцев 28 июля 1793 года вместе с Кюстином арестован по обвинению в сдаче противнику Майнца и Франкфурта. 8 ноября отправлен сначала в тюрьму в л’Абэй, затем в Люксембург. После падения режима якобинской диктатуры, 10 июля 1794 года Барагэ д’Илье оправдан Революционным трибуналом и освобождён.
С декабря 1794 года член Военного комитета Конвента. С 25 мая 1795 года исполнял обязанности начальника Генерального штаба 17-го военного округа (Париж). Под руководством генерала Мену участвовал в разгоне восставших в предместье Сент-Антуан, за что 5 октября 1795 года был временно отстранён от должности, через шесть дней разжалован и предан суду Военного совета. 14 ноября 1795 года он был оправдан, освобождён из-под стражи, восстановлен в армии и направлен в Шербур. С 1 января 1796 года Барагэ д’Илье служил в армии Берегов Океана.
8 мая 1796 года Барагэ д’Илье переведён в Итальянскую армию генерала Бонапарта. 13 августа 1796 года назначен военным губернатором Ломбардии. 24 декабря 1796 года бригада Барагэ д’Илье, входившая в состав дивизии генерала Рея, захватила крепость Бергамо.
14 января 1797 года Барагэ д’Илье отличился в битве при Риволи, а на следующий день возглавил отряд, выделенный Наполеоном для преследования отступавшей армии генерала Альвинци.
13 февраля 1797 года заменил генерала Дальманя на посту командующего пехотной дивизией под началом генерала Жубера. Одержав победу при Брентонио, захватил форт д’Арко.
20 марта 1797 года участвовал в бою при Сан-Микеле. После взятия Венеции (16 мая 1797 года) некоторое время исполнял обязанности губернатора, пока город не был отбит австрийцами. С 14 июня 1797 года Барагэ д’Илье командовал 6-й пехотной дивизией Итальянской армии, а с 9 ноября 1797 года — 7-й пехотной дивизией.
С 12 января 1798 года Барагэ д’Илье состоял в Английской армии. 19 мая 1798 года отплыл вместе с Наполеоном в Египет. 10 июня 1798 года во время высадки на Мальту он овладел батареями и бастионами в южной части острова, потеряв при этом всего трёх человек.
После этого, был откомандирован с трофеями во Францию, однако, 27 июня 1798 года фрегат «La Sensible», на котором он плыл, был захвачен англичанами. В ходе боя Барагэ д’Илье был ранен и пленён. Некоторое время содержался под стражей в Портсмуте, позднее освобождён под честное слово и вернулся на родину.
13 августа 1798 года разжалованный Барагэ д’Илье в третий раз в своей карьере предстал перед военным судом, но, доказав свою невиновность, был оправдан. 24 июня 1799 года его направили в Рейнскую армию на должность начальника штаба к генералу Мюллеру. В ноябре года Барагэ д’Илье командовал левым крылом Нижнерейнской армии генерала Лекурба, а затем, с 6 по 27 декабря 1799 года, служил под началом генерала Моро.
В ходе Второй итальянской кампании Барагэ д’Илье пров1л успешную операцию по уничтожению порохового склада в Ландау (1 апреля 1800 года). Доблестно сражался при Энгене (3 мая), Биберахе (9 мая) и Маренго.
6 июня получил 1-ю дивизию в корпусе генерала Гренье, но уже через месяц оставил действующую армию. С 31 июля 1800 года командир 2-й (с 8 сентября — 1-й) дивизии 2-й резервной армии в Дижоне. В ноябре 1800 года был назначен начальником штаба у генерала Макдональда. 27 декабря 1800 года добился победы при Канове.
С 24 июля 1801 года генерал-инспектор пехоты 14-го, 15-го и 16-го военных округов.
С 29 сентября 1803 года командир 2-й драгунской дивизии, расквартированной в Компьенском лагере. 6 июня 1804 года назначен генерал-полковником драгун.
2 февраля 1805 года награждён Большим Орлом Ордена Почётного легиона. С 30 августа 1805 года Барагэ д’Илье возглавил дивизию пеших драгун в составе 6-го пехотного корпуса Великой Армии маршала Нея.
26 сентября того же года он участвовал в переправе через Рейн около Дурлаха. 14 октября 1805 Барагэ д’Илье отличился при взятии хорошо укреплённого Эльхингена. 23 октября назначен комендантом Ингольштадта.
В ноябре 1805 года Барагэ д’Илье захватил позицию при Вальдмюнхене и занял Пильзен. Проявил героизм и отвагу в сражении при Аустерлице. 14 декабря 1805 года Барагэ д’Илье заменил генерала Бомона на посту командующего 3-й драгунской дивизией кавалерийского резерва.
С 22 сентября 1806 года Барагэ д’Илье некоторое время вместо генерала Мармона командовал 1-м корпусом армии Фриуля. До 1809 года он оставался в Италии, командуя дивизией в корпусе пасынка Наполеона, Э. Богарне.
28 августа 1808 года недавно получивший титул графа Империи Барагэ д’Илье был назначен губернатором Венеции.
24 апреля 1809 года добился успеха в бою при Новиглио, с 28 апреля того же года командовал левым крылом Итальянской армии. 8 мая 1809 года Барагэ д’Илье участвовал в сражении при Пьяве, 18 мая — в бою за Тарвиз, а 14 июня — в сражении при Раабе захватил деревеньку Шабадеги, которая в ходе боя дважды переходила из рук в руки.
26 июля 1809 года он был назначен военным губернатором провинций: Триест, Истрия и Гориция. В конце года Барагэ д’Илье усмирял восстание Андрэ Гофера в Тироле. 22 августа 1810 года он был направлен в Каталонскую армию, а уже в ноябре стал губернатором Верхней Каталонии.
В 1811 году войска под его командованием блокировали испанский форт Фигьере, у стен которого 3 мая 1811 года разбили армию маркиза Кампо-Верде. 17 августа того же года солдаты Барагэ д’Илье захватили форт Фигьере. Затем генерала отозвали из Каталонии, и, с 19 октября 1811 по февраль 1812 года он командовал 19-м (Лионским) военным округом.
Барагэ д’Илье прибыл в Россию в июле 1812 года. После занятия французами Смоленска был назначен губернатором этого города (27 августа). Позднее командовал дивизией в составе 9-го корпуса маршала Виктора. 9 ноября 1812 года дивизия Барагэ д’Илье подверглась атаке со стороны русских партизан. Бригада генерала Ожеро, двигавшаяся в авангарде дивизии, была разгромлена и, не получив подкреплений, капитулировала в районе Ляхова.
Узнав о случившемся, Наполеон был чрезвычайно разгневан. 11 ноября по приказу императора дивизия была расформирована, а Барагэ д’Илье предписано принять вместо генерала Луазона командование в Кенигсберге . 13 ноября французский император велел провести расследование поведения генерала, порученное четырём старшим командирам его бывшей дивизии. В результате расследования комиссия пришла к выводу, что из-за нерешительности Барагэ д’Илье не была оказана своевременная помощь его подчинённому. По этой причине дивизия, предназначавшаяся для поддержки отступавших корпусов Великой армии, была бездарно потеряна. Ознакомившись с выводами комиссии, Наполеон приказал отстранить Барагэ д’Илье от должности и направить под арест в одно из его поместий во Франции.
Не дождавшись четвёртого по счёту суда в своей жизни, генерал по дороге на родину заболел в Берлине и умер 6 января 1813 года. В свидетельстве о смерти значилось: «лихорадка и нервное расстройство», проявившиеся вследствие выдвинутых обвинений и позорной ссылки. 7 января 1813 года маршал Ожеро послал маршалу Бертье письмо, извещавшее последнего о кончине Барагэ д’Илье. В нём указывалось, что генерал был похоронен в католической церкви Берлина, и что погребению предшествовала почётная похоронная процессия, приличествующая его званию. Наполеон ещё долго не мог простить покойного генерала и только 2 августа 1813 года разрешил выделить его вдове пожизненную пенсию в 3000 франков. Дочь Барагэ д’Илье впоследствии вышла замуж за генерала Дамремона.