Louis Baraguey d'Hilliers naît à Paris, le 13 août 1764, au sein d'une famille noble. C'est comme cadet qu'il entre, le 1er février 1793, au régiment d'Alsace infanterie (qui deviendra le 53e d'infanterie). Au début de la Révolution, il devient lieutenant en premier le 18 mars 1791. En 1792 il est nommé aide de camp du général Crillon, le 10 février 1792, puis du général de la Bourdonnaye, le 27 mai. Il est nommé lieutenant-colonel à la légion des Alpes, ou de Montesquiou, le 28 juillet 1792. Puis il sert sous les ordres de Custine, comme colonel, en septembre. Il se distingue à la prise de Spire (30 septembre 1792), de Worms (4 octobre 1792), de Mayence (21 octobre 1792) et de Francfort-sur-le-Main (23 octobre 1792) et est blessé, le 6 janvier 1793, au combat de Hochheim. 

Nommé général de brigade, le 4 avril 1793, il est chef d'état-major de l'armée du Rhin (Custine puis Beauharnais). Après la défaite devant Mayence, il est suspendu de ses fonctions, le 27 juin 1793, arrêté le 28 juillet, puis emprisonné à l'Abbaye puis à la prison du Luxembourg. Le tribunal révolutionnaire l'acquitte, le 10 juillet 1794.. Sous les ordres de Menou, il réprime le soulèvement du faubourg Saint-Antoine, ce qui lui vaut d'être de nouveau envoyé devant un tribunal et de nouveau acquitté. 

Affecté à l'armée d'Italie, le 8 mai 1796, il sert alors, pour la première fois, sous Bonaparte. Durant cette première campagne d'Italie, il se distingue à Bergame (24 décembre 1796), Rivoli (14 janvier 1797) et la Corona. Nommé général de division, le 10 mars 1797, il s'empare de Venise le 16 mai 1797. Il est nommé à l'armée d'Égypte, le 5 mars 1798, il est à la prise de Malte, le 10 juin. Il est chargé de porter les drapeaux pris à l'ennemi au Directoire. Son navire, La Sensible, ayant été intercepté par les Anglais,le 27 juin, il est fait prisonnier, non sans avoir réussi à jeter dessus bord ces trophées et ses dépêches. Conduit à Portsmouth, il est mis en liberté sur parole. De retour en France, il est aussitôt destitué. Le voilà pour la troisième fois traduit devant un tribunal... et une fois de plus acquitté.

Affecté à l'armée du Rhin, il est à Landau (épisode de l'explosion du magasin à poudre), Engen (3 mai 1800) et Biberach (9 mai 1800). Après Marengo, il est nommé à l'armée de Grisons, en novembre 1800, sous les ordres de Macdonald. Vainqueur à Canova, il est rappelé en France en 1801. Il est nommé commandant de la 2e division de dragons, au camp de Compiègne, le 29 septembre 1803. Colonel général des dragons le 6 juin 1804, Grand Aigle de la Légion d'honneur le 2 février 1805, il fait la campagne de 1805 dans le IIe corps d'armée de Ney, avec lequel il est à Elchingen, le 14 octobre. 

Après la paix de Presbourg, il commande le corps d'armée du Frioul (Ier corps de l'armée d'Italie) sous Eugène de Beauharnais, le 22 septembre 1806. Le 28 août 1808, il est nommé gouverneur à Venise. Durant la campagne contre l'Autriche en 1809, il est engagé à l'aile gauche de l'armée d'Italie, commandée par le vice-roi d'Italie, Eugène de Beauharnais. Il s'illustre sur la Piave, puis au combat de Tarvis et à la bataille de Raab. A la fin de 1809, il combat dans le Tyrol, contre la rébellion menée par Andreas Hofer.

Il est envoyé en Espagne, le 22 août 1810, à l'armée de Catalogne. Il devient, en novembre 1810, gouverneur de la Haute-Catalogne. 

Il rentre en France en 1811, où il commande la 19e division militaire (Lyon), du 19 octobre 1811 au mois de février 1812. Il part alors en Russie. , le  juillet 1812. Il est nommée gouverneur de Smolensk, le 27 août, puis comandant d'une division du IXe corps de Victor. Battu sévèrement à Ielnia le 9 novembre 1812, il est suspendu de ses fonctions et reçoit l'ordre de se rendre en France, aux arrêts, en attendant une enquête, voire un nouveau procès. Sans doute aurait-il été une nouvelle fois acquitté, mais cette comparution est jugée par Baraguey comme un déshonneur inacceptable, trop lourd à porter. 

Louis Baraguey d'Hilliers décède à Berlin, d'une fièvre nerveuse selon l'acte de décès, plus probablement de chagrin, le 6 janvier 1813.

Le coeur du général Baraguey d'Hilliers repose dans la crypte des Invalides, à Paris.