Cugino dei fratelli Agostino e Annibale Carracci, Ludovico si forma presso la bottega di Prospero Fontana. Viaggia in molte città italiane e, nel 1584, dopo essersi iscritto alla Compagnia dei Pittori e aver fondato l’Accademia degli Incamminati (1582) con lo scopo di promuovere un nuovo genere di pittura naturalistica, è chiamato a decorare il bolognese Palazzo Fava insieme ai più giovani Annibale e Agostino. In questo periodo dipinge l'Annunciazione (Pinacoteca Nazionale di Bologna), la Visione di san Francesco (Rijksmuseum di Amsterdam), Il Battesimo di Cristo e il Matrimonio mistico, dove si percepisce l’influenza della pittura di Bartolomeo Cesi e Federico Barocci. Sono gli anni dalla ‘crisi morale’ e delle nuove disposizioni della Controriforma. Pur impegnato a produrre numerosi dipinti di carattere devozionale, come la Conversione di san Paolo (1587), la Madonna dei Bargellini (1588), la Madonna degli Scalzi (1591) e la Predicazione del Battista (1592), tra il 1590 e il 1592 lavora con i cugini Annibale e Agostino al fregio di Palazzo Magnani, e tra il 1604 e il 1605 è insieme ad altri allievi, tra i quali Guido Reni, per gli affreschi del chiostro di San Michele in Bosco, oggi molto deteriorati. A Piacenza esegue invece gli affreschi nel coro del Duomo e nel Palazzo Arcivescovile (1607 – 1608). Tra le sue ultime opere non bolognesi si ricordano il San Sebastiano gettato nella cloaca massima, per la chiesa di Sant’Andrea della Valle a Roma (1612), e la Crocifissione per la chiesa di Santa Francesca Romana a Ferrara (1614).