Wilhelm Heinrich, Fürst zu Nassau und Graf zu Saarbrücken, ordnete in seiner Eigenschaft als „Summus episcopus“ der evangelisch-lutherischen Kirche seines Territoriums am 21. Oktober 1761 den Bau einer lutherischen Kirche in der Residenzstadt Saarbrücken an. Bisher war im alten Renaissance-Schloss die gotische Schlosskirche als Hofkapelle und Begräbniskirche genutzt worden, die auch im neuerbauten Saarbrücker Barock-Schloss weiter genutzt wurde. Der Bau sollte inmitten eines neu zu errichtenden Platzes als „Gesamtkunstwerk“ im Sinne einer barocken place royale liegen und für große Repräsentationszwecke und als neue Grablege dienen. Für das Projekt lieferte Friedrich Joachim Stengel die Baupläne und am 4. Juni 1762 wurde der Grundstein zum Neubau der Kirche feierlich gelegt.

Im Dreißigjährigen Krieg wurde die damalige Grafschaft Saarbrücken durch Kriegshandlungen stark zerstört und ganze Landstriche entvölkert. Der Bevölkerungsverlust betrug in der Grafschaft mindestens 60–75 %. Da der Herzog von Lothringen vom Westfälischen Frieden ausdrücklich ausgenommen war, 1677 der Holländische Krieg entsetzliche Verwüstungen des Westreichs mit sich brachte, und Frankreich von 1680 bis 1697 im Gefolge seiner Reunionspolitik die Grafschaften Saarbrücken und Saarwerden annektierte, war das Land bis zum Ende des 17. Jahrhunderts weiteren schweren Belastungen ausgesetzt. Der Wiederaufbau des Landes ging nur zögernd voran, gelang aber ab dem Beginn des 18. Jahrhunderts, nicht zuletzt befördert durch eine geschickte Ansiedlungspolitik der Grafen (wiederholt wurden französische Hugenotten und evangelische Österreicher ins Land geholt, aber auch katholische Immigranten aufgenommen).

1728 fiel die ganze Grafschaft an die Linie Nassau-Usingen, die 1735 Saarbrücken wieder abteilte. Die Herrscher aus der Linie Nassau-Usingen führten den Fürstentitel.

Nachdem Wilhelm Heinrich volljährig wurde, trat er die Herrschaft in Nassau-Saarbrücken an, das mit rund 22.000 Einwohnern auf 12 Quadratmeilen zu den kleinen Herrschaften im Heiligen Römischen Reich deutsche Nation gehörte.

Die Finanzkraft des Landes war desaströs und Wilhelm Heinrich unternahm verschiedene  Maßnahmen, um Geld zu beschaffen.

Wilhelm Heinrich reformierte die Verwaltung und Justiz, indem er beide Institutionen rechtlich voneinander trennte und Ordnungen erließ, die den typisch reformabsolutistischen Charakter der Zeit trugen. Dazu gehörte auch eine kameralistische Wirtschaftspolitik. Er begann Maßnahmen zur Steuervereinheitlichung und Einführung eines modernen Katasters nach österreichischem Vorbild. Er nahm ebenfalls moderne landwirtschaftliche Methoden, wie den Kartoffelanbau oder die Schädlingsbekämpfung, auf.

Von Bedeutung war auch sein Engagement im Steinkohlenbergbau und in der Eisenverhüttung. Die Gruben wurden verstaatlicht und die Eisenhütten an Unternehmer wie Cerf Beer verpachtet. Es gelang ihm somit Mitte des 18. Jahrhunderts die protoindustrielle Basis für die spätere, hochindustrialisierte Saarregion zu legen. Trotz der steigenden Steuer- und Pachteinnahmen entspannte sich die Haushaltslage besonders wegen der hohen Bauausgaben nicht.

Fürst Wilhelm-Heinrich ließ seine ganze Grafschaft aber insbesondere Saarbrücken baulich völlig neu gestalten, das durch die Tätigkeit des Baumeisters Friedrich Joachim Stengel zur barocken Residenz umgestaltet und erweitert wurde. Nennenswert sind das Schloss Saarbrücken, die Ludwigskirche und die Basilika St. Johann. Daneben errichtete er eine Reihe von Adelspalästen und Bürgerhäusern. Die Kehrseite der prachtvollen Stadterweiterung war eine immense Verschuldung, an der noch sein Sohn und Nachfolger Ludwig schwer zu tragen hatte.

Im Jahr 1761 hatte man als Zielvorgabe der Fertigstellung der Ludwigskirche das Jahr 1765 anvisiert. Als Wilhelm Heinrich im Jahr 1768 starb, war allerdings nur das Äußere der Kirche weitgehend vollendet. Der Turm war noch im Bau.

Unter seinem Sohn Fürst Ludwig musste erst mal deutlich gespart werden, sodass er seine Herrschaft Jugenheim in Rheinhessen von 1769 bis 1777 an das Fürstentum Nassau-Usingen verpfändete. 1770 beantragte er bei Kaiser Joseph II. die Einsetzung einer Schuldentilgungskommission, die 1782 aufgelöst wurde. Zur Sparsamkeit bei der Hofhaltung verpflichtet, verlegte er seinen Regierungssitz auf die kleineren Jagdschlösser im Saarbrücker Umland.

Dementsprechend dauerte es deutlich länger, bis man die Ludwigskirche fertig stellen konnte.

Man konnte am 25. August 1775, dem Todestag des französischen Königs Ludwig IX. (gestorben am 25. August 1270 während des Siebten Kreuzzuges in Karthago), die Kirche mit einem feierlichen Gottesdienst und einer eigens zu diesem Anlass komponierten Kantate einweihen.

Seit der Einweihung nannte man die Kirche nach ihrem Vollender „Ludwigskirche“, während der sie umgebende Platz seit dem Jahr 1763 nach dessen Vater Wilhelm Heinrich noch Heinrichsplatz genannt wurde. Erst in späterer Zeit wurde der Platz in Analogie zur Kirche in Ludwigsplatz umbenannt. In manchen fremdsprachigen Übersetzungen wird die Kirche fälschlicherweise nach Ludwig dem Heiligen Eglise St. Louis oder St. Louis church genannt, obwohl eine Benennung von evangelischen Kirchen nach katholischen Heiligen – zumindest bei nachreformatorischen Neubauten – nicht gebräuchlich ist.

Erbaut als Fürstenkirche durch den Fürst der damals gleichzeitig summus episcopus der lutherischen Kirche in Saarbrücken war, wurde die Ludwigskirche  durch napoleonisches Dekret am 5. Mai 1806 in die Verantwortlichkeit der Gemeinde übergeben. Sie ist bis heute im Eigentum der Evangelischen Kirchengemeinde Alt-Saarbrücken.

Seit 1775 musste man regelmäßig an der Kirche sanieren und man hat vielfach die Kirche selbst verändert.

In den Jahren von 1885 bis 1887 beseitigte man die 26 Geschlechterstühle in der Kirche und vermauerte die Querovalfenster in der Sockelzone, die diese ehemals mietbaren „Kirchenlogen“ erhellt hatten, um das Problem der Zugluft in der Kirche besser handhaben zu können. Ebenfalls wurde in dieser Zeit eine Zentralheizung in der Kirche eingebaut.

In den Jahren 1906–1911 kam es zu einer ersten grundlegenden Restaurierung des Bauwerkes durch die preußische Denkmalpflege unter der Leitung von Paul Clemen. Helmut Sachsenröder entfernte als Bauleiter vor Ort den graubraunen Innenanstrich der Ludwigskirche und die Ornamentvergoldungen, die man im 19. Jahrhundert aufgebracht hatte und entdeckte darunter die originale Farbtönung Stengels. Die Aufzeichnungen Sachsenröders hinsichtlich der Restaurierungsmaßnahmen waren für den Wiederaufbau der Ludwigskirche nach dem Zweiten Weltkrieg von großem Wert. Helmut Sachsenröder tauschte am Außenbau die Attikazone, 14 der 28 Statuen der Dachregion, 10 Schmuckvasen und die Amortissements durch Kopien aus. Die durch die Nässeeinträge im Gefolge der Revolution entstandenen Bauschäden behob Sachsenröder durch eine umfangreiche Erneuerung der Gesimse und des Mauerwerks. Die bunte Fensterverglasung des 19. Jahrhunderts ließ der Bauleiter entfernen und durch Antikverglasung mit bescheidener Malerei ersetzen. Das Orgelwerk wurde erweitert, während man das alte Gehäuse beibehielt. Moderne Gaslaternen und eine Gasheizung wurden eingebaut.

Während des Zweiten Weltkriegs wurde die Ludwigskirche beim verheerenden britischen Bombenangriff auf Saarbrücken in der Nacht vom 5. auf den 6. Oktober 1944 durch Spreng- und Brandbomben bis auf die Umfassungsmauern zerstört.

Nach den Zerstörungen begann die Kirchengemeinde mit der Sicherung der Ruine: Trümmer wurden ausgeräumt und Mauerwerksschäden beseitigt. Im Jahr 1946 wurde offiziell der Auftrag zum Wiederaufbau durch die Gemeinde erteilt. Im Jahr 1947 lag die Baugenehmigung vor. Ziel war die Wiederherstellung der Kirche im Vorkriegszustand, also nicht im originalen Zustand Stengels. Der Wiederaufbau der Ludwigskirche begann im gleichen Jahr. Am 26. Juli 1947 feierte man bereits das Richtfest. Den Dachstuhl der Kirche hatte man aus vorhandenen Stahlrohren montiert.

Wie der Innenraum herzustellen war, war hoch umstritten, was zur Folge hatte, dass man sich sowohl in der Gemeinde aber auch in der Öffentlichkeit leidenschaftlich um die richtige Konzeption stritt, so dass teilweise schon eingebrachte Arbeiten wieder entfernt werden mussten.

Man verständigte sich im Ergebnis darauf, dass man unter Berücksichtigung des Vorkriegszustands unter Zugrundelegung der jeweils aktuellen Technik versuchte sich an dem Ursprünglichen zu orientieren.

Die Kirche wurde dann am 20. April 1975 wieder in Dienst genommen damals noch ohne die heutigen Emporen. Der Innenraum wurde dann laufend weiter wiederhergestellt, wobei mit der Errichtung des Fürstenstuhls 2009 ein Abschluss gefunden wurde.

Von September 2016 bis August 2017 war die Kirche wegen technischer Erneuerungen und Sanierungen geschlossen. Im Zuge dieser technischen Erneuerungen sind in Abstimmung mit dem Denkmalschutz kleine Veränderungen im Innenraum vorgenommen worden, mit denen das ursprüngliche barocke Bild und die Nutzbarkeit der Kirche nochmal verbessert worden ist. Diese Bauarbeiten konnten im Frühjahr 2019 mit der Eröffnung des Cafes Catherine in der früher „Krypta“ genannten Gruft abgeschlossen werden.