Старший сын кронпринца Максимилиана и кронпринцессы Марии Фридерики Людвиг II родился в Мюнхене 25 августа 1845 года в 0.30. При крещении он получил имя Отто Фридрих Вильгельм Людвиг, но по настоянию его деда, который родился также 25 августа, мальчика назвали Людвигом. Спустя три года в 1848 году родился брат Людвига Отто. Детство и юность братья провели преимущественно в замке Хоэншвангау в окружении воспитателей.
После отречения деда Людвига I в 1848 году баварский трон занял отец Людвига Максимилиан, а Людвиг получил титул кронпринца. Страсть Людвига к оперной музыке пробудилась во время его первого посещения 2 февраля 1861 года оперной премьеры Рихарда Вагнера «Лоэнгрин», что и повлияло на его судьбу. Будучи в Мюнхене летом 1863 года, молодой принц знакомится с Бисмарком.
Король Максимилиан умер 10 марта 1864 года, в тот же день королём Баварии был объявлен 18-летний Людвиг. 11 марта в 10 часов утра в зале заседаний государственного совета Людвиг принёс клятву на конституции Баварии. Новый рослый (1,93 м) король впервые предстал общественности на траурной церемонии похорон своего отца 14 марта.
С самого начала Людвиг занялся вопросами развития культуры и, к примеру, уже 4 мая 1864 года лично познакомился с Рихардом Вагнером. Его финансовая поддержка Вагнеру в 1865 году составила 170 тысяч гульденов. Людвиг выделил средства на музыкальную драму Вагнера «Кольцо Нибелунга», которую тот должен был написать за три года. В декабре 1865 года Людвиг был вынужден пойти навстречу требованиям государственного правительства, жителей Мюнхена и его собственной семьи и выслать непопулярного Вагнера из Баварии. Но близкая дружба короля и композитора поначалу сохранялась. Премьеры опер Вагнера «Тристан и Изольда», «Нюрнбергские мейстерзингеры», «Золото Рейна» и «Валькирия» состоялись в Мюнхенском национальном театре. С 1872 года Людвиг слушал оперы Вагнера без публики. Он также финансировал строительство Дворца фестивалей Рихарда Вагнера в Байрейте и поддерживал созданное Марией фон Шлейниц Байройтское патронажное общество.
11 мая 1866 года Людвиг подписал приказ о мобилизации, которым Бавария вступала на стороне Германского союза и Австрии в войну против Пруссии. Не имевший склонностей к военному делу, Людвиг передал военную политику в руки своих министров и уехал в Швейцарию на встречу с Рихардом Вагнером. 22 августа был подписан мирный договор, в соответствии с которым Бавария обязалась передать командование своими войсками Пруссии, выплатить Пруссии 30 млн гульденов (54 млн золотых марок) в качестве репараций и уступить Пруссии Герсфельд и Бад-Орб. В это время состоялась единственная поездка Людвига по своей стране. Он проехал по северной Баварии, через Байрейт, Бамберг, Бад-Киссинген, Ашаффенбург и Вюрцбург. Завершилась поездка в Нюрнберге, где король провёл восемь дней. После неё он отдался своим романтическим идеям и удалился в свои замки, руководя страной через послания.
Людвиг никогда не был женат, но однажды 22 января 1867 года принял спонтанное решение о помолвке с Софией Баварской, младшей сестрой австрийской императрицы Елизаветы, дочерью герцога Макса Баварского и своей теткой. Скоро Людвиг захотел расторгнуть помолвку, но, не желая портить жизнь девушке, согласился на условие: если София не найдет себе возлюбленного в течение полугода, свадьба состоится.
Людвиг постоянно называл невесту Эльзой по имени героини легенд о Лоэнгрине. Примечательно, что Людвиг не чувствовал себя влюблённым Лоэнгрином, поскольку в своих письмах к невесте Эльзе он подписывался как Генрих.
Подготовка к бракосочетанию велась особенно тщательно. Папа Пий IX дал соответствующее разрешение, необходимое согласно Кодексу канонического права, поскольку жених и невеста находились в близких родственных отношениях. Но Людвиг постоянно переносил даты церемонии, с 25 августа на 12 октября, в конце концов на 12 ноября 1867 года. Король всё больше дистанцировался от происходящего, хотя уже выпускались открытки с королевой Софией и была готова свадебная карета стоимостью в миллион гульденов. В конце концов 7 октября 1867 года Людвиг разорвал помолвку. Это решение ошеломило не только родителей Софии, но и родню Людвига и высшую знать. Елизавета Австрийская писала матери:
Никто не догадывался, что спустя три дня после помолвки с королём Людвигом София влюбилась в коммерсанта Эдгара Ханфштенгля и тайно встречалась с ним во дворце Пель.
В 1870 году по причинам политического характера Бавария приняла участие в Франко-прусской войне, направив 55 тысяч солдат. Людвиг настороженно отнёсся к провозглашению прусского короля императором. 30 ноября 1870 года он подписал составленное Отто фон Бисмарком так называемое «Императорское письмо», в котором просил прусского короля Вильгельма I принять титул немецкого императора. За это Бисмарк гарантировал Людвигу значительные денежные выплаты из специально созданного фонда Вельфов. В церемонии провозглашения кайзера Германии в Версале 18 января 1871 года Людвиг не участвовал.
В последние годы жизни король всё больше сторонился публики. Он уединился в замке Нойшванштайн, пил шампанское и коньяк в неумеренных количествах. Он унизительно обращался с прислугой и своими министрами, которым приходилось разыскивать его в горах, чтобы получить подписи на документах. Его долги росли, строительство некоторых замков было приостановлено. День и ночь поменялись у Людвига местами, за что его стали называть «лунным королём». Из-за внезапных приступов агрессии от него стал удаляться и близкий друг, венский актёр Йозеф Кайнц. Их дружба началась в апреле 1881 года с совместной поездки по Швейцарии по следам Вильгельма Телля. Его последним более-менее официальным появлением стала поездка в Байрейт на генеральную репетицию Байрейтского фестиваля в 1876 году.
8 июня 1886 года консилиум врачей на основании показаний свидетелей и без личного осмотра пациента объявил Людвига II «неизлечимо душевнобольным». 9 июня правительство лишило короля дееспособности.
В ночь на 10 июня в Нойшванштайн прибыла специальная комиссия, которая была арестована и затем выслана в Мюнхен.
В полночь 11 июня в Нойшванштайн прибыла новая комиссия (позже оказалось, что это неспециализированный врач и четверо его студентов). Главный из них, профессор фон Гудден, предъявил медицинское заключение, подписанное четырьмя врачами, и содержавшее решение о содержании в клинике для психически больных. Первым пунктом являлось то, что Людвиг II настроил чрезмерное количество «никому не нужных» замков, потратив огромное количество денег из государственной казны. Вторым пунктом вышло порицание о неучастии Людвига в жизни собственной страны. И третьим пунктом врачи указали обвинение в гомосексуальной ориентации Людвига II. Король просил своих подданных набирать в прислугу «красивых юношей», используя их в качестве своих любовников (так как сам не имел права выходить на публику).
Король был взят под охрану и в 4 часа утра 12 июня перевезён в замок Берг.
Опекуном Людвига и принц-регентом был назначен его дядя Луитпольд. Король попытался воззвать к народу Баварии, но не последовал совету Бисмарка появиться перед народом в Мюнхене. К многочисленным предложениям помощи Людвиг отнёсся практически безучастно.
Около 18.30 13 июня 1886 года Людвиг отправился на прогулку в замковый парк с профессором фон Гудденом. Оба они погибли в воде Штарнбергского озера при до сих пор невыясненных обстоятельствах. Их тела были обнаружены на мелководье около 23-00 того же дня. По официальной версии доктор пытался предотвратить самоубийство короля и при этом утонул сам. Но эта версия вскоре подверглась сомнению. Точная картина произошедшего тем вечером на берегу Штарнбергского озера осталась неизвестной.
Отпевание короля проходило 14 июня 1886 года. Карета с гробом прибыла в Мюнхенскую резиденцию ранним утром 15 июня. Людвиг II был похоронен 19 июня 1886 года в усыпальнице церкви Святого Михаила.
Король Людвиг поделился своими идеями о строительстве нового замка с Рихардом Вагнером в 1868 году. Первый камень в основание замка был заложен 5 сентября 1869 года. Дворец замка, ставшего излюбленной резиденцией Людвига, был готов в 1884 году. Замок украшен изнутри также сценами из любимой оперы Людвига «Лоэнгрин» (Я сын Парсифаля, хранителя чаши Грааля и т. д.).
В 1869—1872 годах в горах Веттерштайн по указанию Людвига был построен альпийский деревянный дом. С середины 1870-х годов Людвиг проводил в уединении Шахена свой день рождения. В скромном доме на втором этаже находится оформленная в восточном стиле «турецкая комната».
Замок Линдерхоф был построен в 1874—1878 годах на месте так называемого «королевского домика» его отца Максимилиана II. Замок Линдерхоф является самым маленьким из трёх построенных Людвигом замков, но единственным достроенным до конца. Людвиг проживал здесь длительное время.
Людвиг приобрёл остров Херренинзель на Кимзее 26 сентября 1873 года. Здесь Людвиг планировал возвести полную копию Версальского дворца.