Luigi Villoresi fut un des meilleurs pilotes italiens de l'après-guerre, mais il a toujours été dépassé par ses compatriotes au championnat du monde, ce qui l'empêcha de décrocher la victoire.

Luigi commence sa carrière en 1931 sur FIAT, disputant les épreuves des Mille Miglia sur une 508CS Balilla Sport, avant de passer chez Maserati en 1936. L'année suivante, Luigi remporte sa première victoire, lors du Grand Prix de Brno de voiturettes. En 1938, il remporte le titre italien, ainsi que le Grand Prix d'Albi. En 1939, il conserve son titre italien, et décroche la victoire lors des courses d'Albi, de Pescara et en Afrique du Sud. Il remporte également l'une des grandes courses de l'époque, la Targa Florio. Mais cette année sera marquée par la mort de son frère Emilio, qui conduisait pour Alfa Romeo, le concurrent direct de Maserati. Puis la guerre éclate, Luigi remporte de nouveau la Targa Florio en 1940, avant d'être fait prisonnier de guerre.

A la libération, Luigi pense tout de suite à poursuivre sa carrière et reprendre le volant d'une Maserati de l'équipe Ambrosiana, et d'emblée s'impose à Nice. Il va alors s'imposer comme l'un des meilleurs pilotes de l'après-guerre. En 1947, il remporte deux courses de la Temporada Libre, disputée en Argentine, puis s'impose trois fois en France et remporte la victoire à Lausanne. Il s'impose également lors du championnat italien de F1, un titre qu'il va conserver l'année suivante, tout en remportant deux courses à Buenos Aires, puis en s'imposant à Comminges, Albi, avant de remporter les Grand Prix de Grande-Bretagne à Silverstone et de Penya Rhin à Barcelone, le tout après avoir survécu à un terrible accident sur le circuit suisse de Bremgarten.

En 1949, après deux autres victoires dans la Temporada Libre, il décide de quitter l'écurie Maserati pour rejoindre la Scuderia Ferrari, où il se lie d'amitié avec son compatriote Alberto Ascari. Il remporte trois épreuves de Formule 2, avant de s'imposer lors du Grand Prix des Pays-Bas disputé sur le tracé de Zandvoort. Et l'année suivante, le championnat du monde commence.

Mais les deux premières saisons voient la domination des Alfa Romeo, ce qui n'empêche pas Luigi de réaliser de magnifiques performances en essais qualificatifs en 1950, en Suisse et en Belgique, c'est le plus rapide des pilotes hors-Alfa Romeo. Et hors-championnat, il remporte plusieurs courses, en Argentine, à Marseille, puis remporte les épreuves de F2 disputées à Erlen et à Monza. En 1951, Ferrari sort une nouvelle monoplace, la 375, avec laquelle Gigi va monter trois fois consécutivement sur le podium en championnat, il termine troisième en Belgique, en France et en Grande-Bretagne, après avoir remporté les épreuves hors-championnat de Syracuse et de Pau. En 1952, le départ des Alfa Romeo et un changement de réglementation qui confond F1 et F2 permet à Ferrari de dominer le championnat du monde pendant deux saisons.

Durant ces deux années, il est dépassé par son ami Ascari, qui va décrocher deux titres de champion du monde, tandis que Luigi ne peut disputer que deux épreuves en championnat, où il termine à chaque fois sur le podium. Hors-championnat, il va s'imposer à cinq reprises. En 1953, il dispute toute une saison complète, et termine deuxième en Argentine et en Belgique, puis termine troisième en Italie. Il sera monté à huit reprises sur un podium en seulement vingt courses en championnat.

En 1954, avec Ascari, il quitte Ferrari pour Lancia, mais la D50 n'étant prête que pour la dernière course de la saison à Pedralbes, Luigi devra assurer l'intérim sur une Maserati 250F. En cours de saison, il est victime d'un accident lors des Mille Miglia. En 1955, un drame frappe l'équipe et Luigi, la mort d'Alberto Ascari lors d'un test d'une Ferrari à Monza. Le départ de Lancia laisse Luigi sans volant pour la saison 1956, mais il pourra tout de même conduire une Maserati engagée à titre privé. Il conduit également en voitures de sport, et est victime d'un gros accident à Castelfusano où il se casse une jambe. A la demande de sa famille, il prend sa retraite, et ne participera qu'à une seule course, le rallye de l'Acropole sur Lancia en 1958, qu'il remportera.