Nasceu a 11 de março de 1814, em Casória (Nápoles), filho de Vicente Palmentiéri e de Cândida Zenha. Colocado como aprendiz em casa de um entalhador napolitano, pouco tempo ali viveu desde que pôde reiniciar os estudos para o sacerdócio. A pobreza dos pais orientou-o para a vida religiosa, e em 1832 foi aceito na ordem dos frades menores. Fez o noviciado em Lauro, perto de Nola, onde permaneceu até à ordenação sacerdotal. Em 1841 encarregaram-no de ensinar filosofia, matemática, física e química. Uma ocasião em que orava numa igreja de Nápoles, sofreu uma síncope, caindo no chão sem sentidos. Daí em diante dedicou-se às mais variadas obras de assistência e caridade. Fundou uma enfermaria e uma farmácia para os franciscanos doentes. Empenhou-se na difusão da ordem terceira na Campânia, dando especial relevo às obras de caridade, pois, dizia, “uma ordem terceira sem obras de caridade, não me agrada nem a quero”.
Em 1854 o sacerdote genovês João Batista Oliviéri sugeriu-lhe uma obra destinada ao resgate e à formação cristã de crianças africanas vendidas como escravas. Luís dedicou-se a esse empreendimento com entusiasmo e paixão, e nesse mesmo ano começou a acolher os primeiros negros recomendados pelo P. Oliviéri, a quem educou em sua casa, com resultados promissores. Essa primeira experiência levou-o a projetar o envio de missionários para a África, porque “é a África que deve converter a África”. Em agosto de 1856 já tinha reunido nove meninos negros, cinco dos quais foram batizados pelo cardeal de Nápoles. No ano seguinte embarcou para o Cairo, visitou a Terra Santa e regressou de Alexandria com outros doze pequenos escravos negros. Este núcleo familiar de futuros missionários indígenas aumentou tanto, que em 1858 já eram 38, em 1859 eram 45, e posteriormente chegaram a 64.
Projeto semelhante realizou também para meninas em condições idênticas. Ajudado pela Beata Ana Maria Lapíni, fundadora das irmãs estigmatinas, instituiu um colégio para meninas negras em Florença e outro em Nápoles. Nesta cidade fundou também uma academia de religião e ciências, para qual obteve o apoio de ilustres escritores, e iniciou a publicação do periódico La Carità. Estas generosas iniciativas granjearam-lhe a admiração de muitos, até mesmo de alguns anticlericais, e foi condecorado com a cruz da ordem dos santos Maurício e Lázaro.
Promoveu ainda numerosas obras de beneficência em favor de órfãos, surdos mudos, raquíticos , deficientes, para os quais fundou diversos institutos que de preferência confiou às duas congregações por ele fundadas: os terceiros franciscanos regulares, apelidados Frati Bigi (irmãos cinzentos) da Caridade, para os homens; e as irmãs cinzentas Elisabetinas para mulheres. Para residência dos seus missionários, a congregação da propagação da fé concedeu-lhe a estação africana de Scellal, onde foi pessoalmente tomar posse a 12 de novembro de 1875.
Encomendou aos seus irmãos cinzentos a obra de educação dos meninos negros. E pôde então dedicar-se mais à vida espiritual de oração e íntima união com Deus, que sempre aliás soubera conciliar com o seu maravilhoso apostolado de caridade. Com 71 anos recebeu a visita da irmã morte, na manhã de 30 de março de 1885.
