Luigi Pistilli esordisce nel 1955 con il saggio degli allievi della Scuola del Piccolo Teatro di Milano, La linea di condotta di Brecht con la regia di Strehler. Nei cinque anni seguenti lavora stabilmente al Piccolo dove sotto la direzione di Strehler recita in spettacoli come El nost Milan di Bertolazzi, I Giacobini di Zardi, Visita della vecchia signora di Dürrenmatt. Nel 1962 passa allo Stabile di Bologna dove interpreta Tamburi nella notte di Brecht e subito dopo torna a Milano dove partecipa a I Burosauri di S. Ambrogi e ai Mafiosi di Rizzotto-Sciascia. Nel 1970 è in Santa Giovanna dei macelli di Brecht, regia di Strehler e nel 1974, insieme al Collettivo Italiano, interpreta il ruolo dello scrittore in Conversazione in Sicilia di E. Vittorini. Nel frattempo si era avvicinato al cinema dove, soprattutto negli anni ’70, svolgerà un’intensa attività. Tra le sue partecipazioni ricordiamo: Per qualche dollaro in più (1965) di S. Leone, Cadaveri eccellenti (1976) di F. Rosi e Antonio Gramsci. Gli anni del carcere (1977) di L. Del Fra.
In televisione è da ricordare la sua interpretazione ne “La donna di picche” (1972) di L. Cortese. Nel 1981 torna a teatro in Enrico IV di Pirandello con la compagnia di G. Albertazzi, il quale, nel 1984, volle ancora con sé Pistilli ne Il genio di D. Damiani e R. La Capria. L’anno dopo recita in Zio Vanja di Cechov, diretto da Patroni Griffi a cui seguono tra gli altri: Il matrimonio del Signor Mississippi (1988) di F.Dürrenmatt, Elettra (1990) di G. Manfridi con la regia di G. Treves e A piedi nudi nel parco (1993) di N. Simon. Nel 1996, insieme a Milva con cui si lega anche sentilmentalmente, è protagonista di Tosca, ovvero prima dell’alba di Terence Rattigan con la regia di M. Parodi. Lo stesso anno viene trovato morto suicida nel suo appartamento milanese.