พระเจ้าลูทวิชที่ 3 ประสูติที่นครมิวนิก ราชอาณาจักรบาวาเรีย เป็นโอรสองค์ใหญ่ในเจ้าชายลูอิทพ็อลท์แห่งบาวาเรีย กับอาร์ชดัชเชสเอากุสเทอแห่งออสเตรีย (ธิดาในแกรนด์ดยุกเลโอพ็อลท์ที่ 2 แห่งตอสกานา) พระองค์มีเชื้อสายพระเจ้าหลุยส์ที่ 14 แห่งฝรั่งเศส และพระเจ้าวิลเลียมที่ 1 แห่งอังกฤษ เจ้าชายลูทวิชทรงเติบโตที่พระราชฐานมิวนิกและพระราชวังวิทเทิลส์บัค ต่อมาเมื่อมีอายุ 10 ชันษา ครอบครัวของพระองค์ทรงย้ายไปพำนักที่วังลอยช์เทินแบร์ค

ในปีค.ศ. 1861 ขณะมีอายุ 16 ชันษา เจ้าชายลูชวิทเริ่มรับราชการทหารเมื่อเสด็จลุง พระเจ้ามัคซีมีลีอานที่ 2 แห่งบาวาเรีย ทรงบรรจุพระองค์ในเป็นร้อยตรีประจำกองพันจู่โจมที่ 6 (6. Jägerbattalion) หนึ่งปีถัดมา ทรงเข้าศึกษาวิชากฎหมายและเศรษฐศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยลูทวิช-มัคซีมีลีอานแห่งมิวนิก และเมื่อมีอายุ 18 ชันษา ทรงเข้าเป็นวุฒิสมาชิกของสภานิติบัญญัติบาวาเรียโดยอัตโนมัติในฐานะที่ทรงเป็นเจ้าชายบาวาเรีย

ในปีค.ศ. 1866 ราชอาณาจักรบาวาเรียผูกมิตรกับจักรวรรดิออสเตรียในสงครามออสเตรีย-ปรัสเซีย พระองค์ในยศร้อยโทได้รับบาดเจ็บจากกระสุนปืนในยุทธการที่เฮ็ล์มชเต็ท เหตุการณ์ในครั้งนั้นทำให้พระองค์ทรงเขย็ดขยาดราชการทหาร