Pierre Louÿs a grandi dans une famille bourgeoise et reçut une éducation privilégiée à l'École Normale Supérieure. Il a commencé à écrire très jeune, publiant son premier recueil de poésie, "Chansons de Bilitis", en 1896. Ce livre est devenu un grand succès et le catapulta sur la scène littéraire française. Il est aussi connu pour avoir écrit les romans "Aphrodite" (1896) et "La Femme et le Pantin" (1900).
Il a également été un important figure de la vie intellectuelle française et a fait partie du mouvement décadent. Il était connu pour son style orné, sa langue provocante et ses thèmes érotiques. Ses œuvres ont causé une vive polémique à leur époque et ont été interdites en France jusqu'en 1947.
Pierre Louÿs a également travaillé comme journaliste, critique littéraire, traducteur et homme politique. Il a été député de la Seine de 1928 à 1936.
Il a également été un grand collectionneur d'art et possédait une importante collection de peintures impressionnistes, post-impressionnistes et symbolistes. Une partie de sa collection est exposée au musée du Petit Palais à Paris.
Pierre Louÿs a été marié deux fois. Il épouse en premières noces en 1936 Suzanne Leclaire, avec qui il a eu un fils, Jean-Marie Louÿs, né en 1937. En secondes noces, il épouse en 1940 Madeleine Chauveau, avec qui il a eu deux enfants, Claude et Dominique Louÿs.
Pierre Louÿs est mort le 23 octobre 1959 à Paris d'une attaque cardiaque. Il est enterré au cimetière du Montparnasse dans le 14e arrondissement de Paris. Sa tombe est ornée d'un bas-relief représentant une jeune fille assise, un thème récurrent dans ses œuvres.