Luisa Levi nasce a Torino il 4 gennaio 1898 da Ercole Raffaele e Annetta Treves, una famiglia ebraica. È lo zio materno Marco Treves, psichiatra e fratello del noto Claudio Treves, a suscitare in lei il desiderio di diventare medico. Così, dopo aver frequentato a Torino il liceo "Vittorio Alfieri" , si iscrive nel 1914 alla facoltà di medicina presso l'università degli studi di Torino.