Il se marie le 29 septembre 2006 à Gilsdorf avec Tessy Antony, mère de ses fils Gabriel né le 12 mars 2006 et Noah né le 21 septembre 2007. Louis renonce à cette occasion à ses droits au trône. Sa femme porte le patronyme de Nassau mais pas le titre de princesse de Luxembourg.

Le Grand-Duc a octroyé le titre de Princesse de Luxembourg à l’épouse du Prince, le 23 juin 2009, jour de la Fête Nationale.