Nacido el 4 de octubre de 1949, en el Hotel Chile de Ovalle, en el centro del país,
Luis Sepúlveda era hijo de una enfermera y un militante del partido comunista, que se habían fugado porque el padre de ella se oponía al romance. Estudió dirección en la Escuela de Teatro de la Universidad de Chile, y posteriormente se licenció en Ciencias de la Comunicación en la Universidad de Heidelberg, Alemania.
Empezó a publicar a los 17 años. Logró el reconocimiento internacional con "Un viejo que leía novelas de amor", que se convirtió en un fenómeno internacional en 1993. En 1971 se casó con Carmen Yáñez, con quien tuvo un hijo, Carlos Lenin. Aunque se divorció, ambos se reencontraron veinte años después en Alemania y volvieron a unirse.
Militante político de izquierdas, primero en las Juventudes Comunistas y luego en el Ejército de Liberación Nacional, tras el golpe de Pinochet fue detenido, y posteriormente abandonó Chile, en 1977, residiendo en diversos países, e instalándose finalmente en Gijón, en 1997. Allí fundó el Salón del Libro Iberoamericano.
Aparte de rodar algún corto, Luis Sepúlveda escribió el guion y dirigió el largometraje Nowhere. También coescribió Tierra del fuego, dirigido por Miguel Littín. El holandés Rolf de Heer dirigió El viejo que leía novelas de amor, basada en su libro más popular, mientras que el italiano Enzo D'Alò filmó Historia de una gaviota y del gato que le enseñó a volar, versión animada de la obra homónima.