Родился 1 июля 1654 года в Вандомском дворце в Париже, крещён 27 октября 1656 года в замке Версаль. Умер 11 июня 1712 года в Каталонии, похоронен в Эскориале.
Луи Жозеф был старшим сыном Людовика, герцога де Вандом и Лауры Манчини; правнуком короля Генриха IV Великого и Габриэль д'Эстре.
Его мать Лаура Манчини была сестрой Олимпии Манчини, которая была матерью принца Евгения Савойского — одного из главных противников Луи Жозефа в Войне за испанское наследство.
15 мая 1710 года Луи Жозеф женился на Марии-Анне де Бурбон-Конде (1678—1718), Мадмуазель д’Энгиен, дочери Анри III Жюля де Бурбон-Конде, принца де Конде и принцессы Анны Пфальцской; внучке Великого Конде.
Брак остался бездетным и Луи Жозефу наследовал его младший брат Филипп де Бурбон-Вандом, бывший аббатом и великим приором Мальтийского ордена во Франции. Со смертью Филиппа в 1727 году пресеклась Вандомская линия династии Бурбонов и герцогство окончательно отошло к французской короне.
Луи Жозеф де Бурбон-Вандом, тогда ещё герцог де Меркёр, начал военную службу под начальством Анри де Ла Тур д’Овернь, маршала Тюренна и по праву считается его учеником. С первых дней военной службы он с большим отличием участвовает во всех походах и особенно отличается в 1693 г., когда содействует победе, одержанной маршалом Николя Катина при Марсалии.
В 1696 году он, в звании главнокомандующего в Каталонии, предпринял осаду Барселоны, защищаемой принцем Гессен-Дармштадтским, разбил испанцев, спешивших на помощь ей, и принудил крепость к сдаче.
В начале войны за Испанское наследство, когда неспособный Франсуа, маршал Вильруа был взят в плен в Кремоне, Вандом принял главное начальство над французской армией в Италии. 15 августа 1702 года он дал принцу Евгению большое сражение при Луццаре, не имевшее решительного исхода, а весной 1703 года вторгся через Тироль в Германию, чтобы соединиться с курфюрстом Баварским. Мужественная оборона тирольцев задержала его движение и он дошёл только до Тренто. Осенью 1703 года он обезоружил войска отпавшего от Франции герцога Савойского, взял несколько укрепленных городов в Пьемонте и начал осаду Турина. Весной 1706 года, воспользовавшись отъездом принца Евгения в Вену, он напал на австрийцев и прогнал их за Эч. Среди этих успехов он был отозван в Нидерланды, где ему пришлось ещё раз загладить неудачу Вильруа, разбитого при Рамийи. Своими стратегическими движениями он долгое время задерживал английского полководца Джона Черчилля, герцога Мальборо.
В 1708 году Людовик XIV допустил тактическую ошибку: вместо того, чтобы отдать армию в Нидерландах полностью под командование Вандома, он назначает его вторым командующим, а над ним ставит своего внука Людовика, герцога Бургундского. Между Вандомом и Бургундским возникают разногласия. В начале им сопутствует успех: занят Гент, Брюгге и Плассендаль, но 11 июля при Ауденарде армия, в результате неумелых действий Бургундского была разбита союзниками. Это поражение было преподнесено королю как вина Вандома (кто же будет обвинять внука короля). К тому же, Луи Жозеф имел сильного врага в лице второй жены короля маркизы Франсуазы де Ментенон. В результате, Вандом был уволен в отставку и два года оставался в бездействии, хотя Франция тогда остро нуждалась в полководцах.
Однако, осенью 1710 г. французские дела в Испании пришли в сильное расстройство и Людовик XIV послал Вандома со значительными подкреплениями за Пиренеи. Несмотря на старость и болезненное состояние, Вандом обнаружил необыкновенную деятельность. Он возвратил Филиппу V Мадрид, потом обратился против австрийцев и 10 декабря разбил генерала Штаремберга при Вилла-Вичиоза. Все завоевания, сделанные союзниками в Испании, были вследствие этой победы потеряны, а Филипп V смог окончательно утвердиться в Испании.
Скончался Луи Жозеф де Вандом в Каталонии 11 июня 1712 и был похоронен по повелению испанского короля Филиппа V в пантеоне Инфантов, в Эскориале.