Nasce a Fubine Monferrato, provincia di Alessandria, nel 1900, figlio di piccoli proprietari terrieri. La famiglia si trasferisce a Torino per il commercio dei vini, e il giovane Luigi si iscrive alla facoltà di ingegneria del Politecnico. Viene chiamato alle armi negli ultimi mesi della prima guerra mondiale. Dopo il congedo aderisce al Partito socialista italiano, ma all’ala di estrema sinistra di Amadeo Bordiga. Delegato al congresso socialista di Livorno del gennaio 1921, partecipa alla fondazione del Partito comunista d’Italia, con la carica di dirigente dell’organizzazione giovanile. Nel 1925 rompe con Bordiga e aderisce alle tesi di Antonio Gramsci. Subisce arresti e aggressioni squadriste e con le leggi eccezionali del 1926 è costretto a rifugiarsi in Francia. Nel 1930 il Partito comunista decide di passare all’attacco e invia in Italia numerosi dirigenti e militanti espatriati: Longo diventa responsabile dell’organizzazione del partito. Ma il regime è forte e occhiuto, e moltissimi comunisti finiscono nelle carceri o al confino; lo stesso Longo deve tornare in Francia, dove dirige il lavoro politico dei comunisti nei diversi luoghi di migrazione.

La guerra di Spagna lo trova in prima linea: partecipa all’organizzazione delle Brigate internazionali e combatte valorosamente nella città universitaria di Madrid e a Pozuelo de Alarcon, dove rimane ferito. Nel dicembre 1936 il governo spagnolo lo nomina ispettore generale delle Brigate internazionali. Tornato in Francia nel 1938 e internato nel campo di prigionia di Vernet, nel 1941 viene consegnato alla polizia italiana insieme a centinaia di garibaldini. Inviato al confino a Ventotene, vi resta fino alla caduta del fascismo, nel luglio 1943.

Ritrovati a Roma i compagni comunisti, alla fine dell’agosto 1943 Longo presenta un “Promemoria sulla necessità urgente di organizzare la difesa nazionale contro l’occupazione e la minaccia di colpi di mano da parte dei tedeschi”. Il documento è lungimirante: la direzione del partito si divide in due centri, uno a Roma guidato da Mauro Scoccimarro, l’altro a Milano, dove Longo diventa vicecomandante, insieme con Ferruccio Parri, del Comitato militare del CLN Alta Italia (comandante ne è il generale Raffaele Cadorna), nonché comandante generale delle Brigate Garibaldi, il cui commissario politico è Pietro Secchia. E’ loro l’immane compito di organizzare la resistenza armata in tutta l’Italia del nord.

Attraverso le Brigate Garibaldi Longo e Secchia diramano l’ordine del giorno del 10 giugno 1944, in cui si danno istruzioni perché la liberazione di paesi e vallate sia seguita dall’istituzione di “organismi amministrativi popolari che assumano il potere in nome del Governo di Unità Nazionale”. Pochi giorni dopo, il 18 giugno, un ulteriore ordine del giorno riafferma l’importanza dell’azione politica, che “deve tendere a legare le popolazioni in modo organico e solido alla guerra di liberazione nazionale. A questo scopo i commissari politici delle formazioni partigiane d’accordo con le varie organizzazioni di massa dei paesi e delle vallate… devono spingere a creare in ogni località liberata delle Giunte popolari comunali composte dai rappresentanti delle principali organizzazioni esistenti nella località… A queste Giunte popolari comunali devono essere devolute tutte le questioni amministrative e di organizzazione civile della località”. E’ l’atto di nascita e il certificato di legittimità delle repubbliche partigiane che nasceranno dalle Alpi fino alle montagne appenniniche dell’Italia centrale.

Dopo la liberazione Longo diventa vicesegretario del Partito comunista e membro del Parlamento. Alla morte di Palmiro Togliatti, assume la carica di Segretario generale del partito, che terrà fino al malessere che lo coglie nel 1968. Al XIII congresso del partito propone l’elezione a Segretario di Enrico Berlinguer. A lui resta la carica di Presidente, che terrà fino alla morte, nel 1980.