Nasce a Orvieto (Terni, Italia) il 7 febbraio 1874. Figlio di un sarto e di una casalinga orvietani, da ragazzo è affascinato dal giornalismo e mentre è studente a Perugia realizza con l'amico Ettore Marroni un giornaletto numero unico Sgorbi e Sgarbi, dove si dedica soprattutto agli sgorbi (disegnati). Dopo aver provato anche a inviare qualche scritto ai giornali, desideroso di diventare corrispondente, nel novembre 1898 con un centinaio di lire in tasca va a Roma. I tentativi sono però deludenti, finché in gennaio ritrova l'amico Marroni, diventato capo redattore [Bergeret] del Fanfulla, che lo aiuta facendo arrivare un suo primo pezzo "pupazzettato" sulla scrivania di Facelli, il direttore. Esordisce quindi nel giornalismo in prima pagina sul Fanfulla, con un articolo retribuito 25 lire, e iniziando una collaborazione "umoristica" con il giornale, dove viene assunto "in prova". Collabora poi con il Capitan Fracassa, ma nel 1900 è già inviato speciale e corrispondente di guerra per il Corriere della sera di Luigi Albertini, e segue la rivolta dei Boxer cinesi. In seguito è sul fronte del conflitto russo-giapponese, unico giornalista a coprire con testi, grafici e fotografie la decisiva battaglia di Mukden nella primavera del 1905. Si sposa con Mantica Pesavento nel novembre dello stesso anno, dopo essersi rimesso anche fisicamente dal difficilissimo reportage.Nell'estate 1907 partecipa all'avventuroso raid automobilistico Pechino-Parigi (traendone il libro fotografico "Da Pechino a Parigi in sessanta giorni", edito da Hoepli nel 1908).
Diventa padre: a Milano nel 1908 nasce Luigi "junior", che diventerà a sua volta giornalista e inviato speciale (gli altri tre figli sono Emma, Ettore e Ugo).
Il 28 dicembre si scatena il terremoto di Messina, e spetta a Luigi Barzini raccontare ai lettori del Corriere della sera il tragico avvenimento.
Pubblica sulle pagine del Corriere dei piccoli, a puntate, "Le avventure di Fiammiferino", romanzo per bambini con un fiammifero antropomorfizzato per protagonista, ripubblicato in volume da Bemporad con le illustrazioni di Attilio Mussino.
Naturalmente scrive cronache dal fronte e ampi resoconti durante la Prima guerra mondiale.
Dal 1923 al 1931, trasferitosi negli Stati Uniti, dirige il quotidiano Corriere d'America. Rientra in Italia e nel 1932-1933 dirige il quotidiano Il mattino. Viene nominato senatore del Regno nel 1934.
Coinvolto dal regime, durante il periodo repubblichino assume la direzione dell'agenzia di stampa Stefani, diventata organo ufficiale della Repubblica di Salò.
Dopo la Liberazione del 1945 paga questi errori: decade naturalmente dalla carica di senatore (ricorre in cassazione, ma la sentenza finale, sopraggiunta solo nel 1948, sarà comunque negativa) e soffre un isolamento che gli genera anche gravi difficoltà economiche.
Muore a Milano (Italia) il 6 settembre 1947.
Il Comune di Orvieto (città natale di Luigi Barzini) e il quotidiano Corriere della sera indicono nel 1996 il Premio giornalistico Luigi Barzini all'inviato speciale, in collaborazione con la famiglia Barzini e la Regione Umbria. Ottiene in seguito alche l'alto patrocinio della Presidenza della Repubblica.