1710. február 15-én született Versailles-ban Lajos burgundiai herceg és Mária Adelheid savoyai hercegnő fiaként. Az újszülött, aki rögvest Anjou grófja lett, csak negyedik volt a Bourbonok trónutódlási sorában, öt évvel később mégis az ő gyermekfejére helyezték a koronát. 1711-ben ugyanis elhunyt nagyapja, a "nagy" trónörökös, egy évvel később himlőben meghaltak szülei és ötéves bátyja is - maga Lajos csak azért maradt életben, mert nevelőnője megtiltotta, hogy a csecsemőn a korban általánosan alkalmazott érvágást alkalmazzák gyógymódként.

A Napkirály 1715. szeptember 1-jén bekövetkezett halálakor lett király, de az ország ügyeit régensként nagybátyja, Fülöp Orléans-i herceg intézte, aki valamelyest stabilizálta a XIV. Lajos háborúiban megroppant ország helyzetét. A gyermek Lajos kitűnő nevelésben részesült, a mellé rendelt Fleury püspök sokat tett azért, hogy a dinasztia legműveltebb uralkodójaként kerüljön a trónra. Nevelője ugyanakkor - történészek szerint szándékosan - passzív és határozatlan, könnyen irányítható uralkodót faragott belőle, aminek súlyos következményei lettek. XV. Lajos koronázására 1722. október 25-én Reimsben került sor, és egy évvel később nagykorúvá nyilvánították.

Lévén Lajos fiatal és gyenge egészségű, az udvar legelőször a trón öröklésének kérdését akarta rendezni. Még megkoronázásának évében beköltöztették a versailles-i palotába a feleségjelöltet, az alig négyéves Mária Anna Viktória spanyol infánsnőt. Az ő felnövekedését végül nem bírták kivárni, helyette a Lajosnál hat évvel idősebb Maria Leszczynskát, a trónját vesztett I. Szaniszló lengyel király lányát választották a király feleségéül. Az esküvőt 1725. szeptember 5-én tartották, a tizenkét évig tartó házasságból 11 gyermek született, s amikor 1729-ben a királyné fiúnak adott életet, a királyi pár boldogsága és népszerűsége csúcsára jutott.

Lajos sokáig hallgatott nevelője, az immár bíboros Fleury tanácsaira, de 1740-ben már egyedül döntött úgy, hogy belép a hét évig tartó osztrák örökösödési háborúba. Fleury 1743-ban meghalt, Lajos ettől kezdve dédapja mintájára abszolút hatalommal, de sokkal kisebb eréllyel, tehetséggel és sikerrel uralkodott. (Egy rosszmájú mondás szerint "sokat beszélt, keveset mondott és még kevesebbet gondolkodott".) Elfoglalta ugyan Belgiumot, de gálánsan vissza is adta az osztrákoknak, majd az 1756-ban kitört hétéves háborúban addigi ősellensége, a Habsburgok oldalán szállt hadba Poroszország ellen. A kezdeti sikereket katasztrofális kudarcok követték szárazon és tengeren, Franciaország végül nemcsak amerikai és indiai pozícióit vesztette el, hanem európai vezető szerepét is, presztízse a mélypontra jutott.

XV. Lajos népszerűtlenségéhez viharos magánélete is hozzájárult. A királyné belefáradt az évenkénti szülésbe, csendesebb elfoglaltságokra vágyott, a király viszont szórakozni akart, szívesen vadászott, és királyi ágyasok karjaiban keresett vigasztalást. Szeretők hosszú sorát fogyasztotta el és számtalan törvénytelen gyermeket nemzett, akiket az udvartól gondosan távol tartott, bár neveltetésüket támogatta. 1745-ben azzal botránkoztatta meg az udvart, hogy elődjeivel ellentétben polgári származású királyi szeretőt választott. A sebtében márkinővé emelt Madame Pompadour öt évig tartó intim kapcsolat után élete végéig a király bizalmasa maradt, a kifinomult ízlésű asszony befolyásának köszönhető, hogy Lajos uralkodására esett a francia kultúra és művészet egyik fénykora. Madame Pompadour szépsége hervadtával maga szervezte a király gáláns ügyeit, s azt is elnézte neki, hogy Versailles mellett fiatal lányokat szállásoljon el, akiket gyakran felkeresett. A valaha Hőnszeretettként aposztrofált uralkodó romlott erkölcseit ekkor már pamfletekben gúnyolták ki alattvalói.

Lajos uralkodásának utolsó éveiben egyre erősebbek lettek a monarchiát bíráló hangok, a király tudott, de nem vett tudomást róluk. A fáma szerint az ő szájából hangzottak el a látnoki "Utánam az özönvíz" szavak, amelyeket ma már inkább Madame Pompadournak tulajdonítanak, bár lehet, hogy egyikük sem mondott ilyet.

XV. Lajost kevesen siratták meg, amikor 1774. május 10-én családjához hasonlóan őt is elvitte a himlő. Az első Bourbon uralkodó volt, akinek a szívét nem temették külön a testétől, amit a fertőzéstől való félelemben be sem balzsamoztak, földi maradványait mészben áztatták, koporsóját alkohollal fertőtlenítették. A Saint Denis székesegyházban éjszaka, titokban megtartott temetésén csupán egyetlen udvaronc vett részt. A trónon nála is gyengébb és tehetségtelenebb fia, XVI. Lajos követte, az ő uralkodása egyenesen vezetett a forradalom kirobbanásához 1789-ben.