Дочь Генриха Райнера и Эмили Райнер (девичья фамилия Кёнигсбергер), Луиза родилась и получила образование в Вене. Впервые она появилась на сцене в 1928 году в театре Дюмонт своего родного города. Позже она играла в таких пьесах как «Мадемуазель» Жака Деваля, «Люди в белом» Сиднея Кингсли, «Святая Иоанна» Джорджа Бернарда Шоу, «Мера за меру» Уильяма Шекспира, «Шесть персонажей в поисках автора» Луиджи Пиранделло. Кроме того, Луиза работала в венском театре Макса Рейнхардта. Она уже снялась в нескольких немецких фильмах, когда встретила агента голливудской киностудии «Метро Голдвин Майер».
Будучи еврейкой, в преддверии Аншлюса Луиза была вынуждена уехать в Голливуд (1935). При содействии Луиса Б. Майера она снялась в нескольких крупных проектах его студии: «Великий Зигфельд» (1936), «Добрая земля» (1937) и «Большой вальс» (1938).
За роли в первых двух картинах она выиграла два «Оскара» подряд. Такой успех был беспрецедентен для иностранки, однако по словам самой Луизы, эти две премии — худшее, что произошло в её карьере. По мнению многих критиков, игра Луизы в фильме «Добрая земля» была не так хороша как игра Греты Гарбо в фильме «Дама с камелиями». С лёгкой руки Райнер появилось представление об «оскаровском проклятии»: выиграв заветную статуэтку, актер уже не может сыграть ничего путного.
После 1938 года Луиза сыграла ещё в нескольких фильмах, однако ни один из них не был успешным. Она хотела играть серьёзные роли, однако руководство студии не соглашалось на это. Кроме того, Луиза требовала повышения гонорара, что создало ей репутацию непростого и вспыльчивого человека. Разочаровавшись в Голливуде, актриса расторгла контракт с киностудией и вышла замуж за драматурга Клиффорда Одетса. Однако их брак продлился лишь три года. Несмотря на все сложности с киноиндустрией, Луиза Райнер была одной из актрис, рассматривавшихся на роль Скарлетт О'Хары в фильме «Унесённые ветром».
1 мая 1939 года Луиза впервые сыграла в театре Великобритании, а в мае 1942 года — в театре США. В 1943 году она появилась в фильме «Заложники», а в следующем году окончательно покинула Голливуд. Незадолго до этого Луиза вышла замуж за издателя Роберта Ниттела. У них родилась дочь Франческа. Супруги прожили вместе до 1989 года, когда скончался Роберт.
Несмотря на то, что в 1940-е годы Луиза стала гражданкой США, большую часть жизни она провела в Великобритании, где и живёт до сих пор в квартире, ранее принадлежавшей Вивьен Ли.
После ухода из кино Луиза стала эпизодически появляться на телевидении. В конце 1950-х годов она отклонила роль в фильме «Сладкая жизнь» Федерико Феллини. В возрасте 87 лет Райнер неожиданно вернулась в кино, сыграв в венгерской киноверсии романа Достоевского «Игрок».
Её также можно было увидеть на юбилейных церемониях вручения «Оскаров» в 1998 и 2003 годах.
Луиза Райнер имеет Звезду на Голливудской аллее славы.