Nasce a Firenze nel 1906 da Stefano e da Maria Cianchi. Nel 1925, durante una delle frequenti visite agli Uffizi, incontra casualmente e conosce il pittore Maurice Denis, nello stesso anno effettua il suo primo soggiorno in Francia. Nel 1927 si iscrive all'Accademia di Belle Arti di Firenze e comincia il legame artistico ed affettivo con Felice Carena, suo maestro di Pittura. Dimostra subito grande amore per i classici e per i maestri dell'ottocento, da Courbet a Paul Cézanne e Pierre-Auguste Renoir. Quattro anni più tardi consegue il Diploma di Pittura dell'Accademia di Belle Arti di Firenze e compie il suo secondo viaggio in Europa. Visita due volte l'Olanda dove rinnova il suo interesse per Rubens, Van Gogh e Rembrandt. Successivamente visita Zurigo e si recca per la seconda volta a Parigi, dove conosce Gino Severini e rinsalda la sua amicizia con Alberto Magnelli, conosciuto a Firenze. Nella stessa città incontra e frequenta Mirò, Modigliani e Picasso ed ha numerosi scambi con i pittori Jacques Villon e Alfred Manessier.Aderisce alla Scuola romana (novecento) insieme alla quale espone alla Galleria "La Cometa" di Roma. Conosce Corrado Cagli, Giuseppe Capogrossi , Afro Basaldella , Mirko Basaldella , Emanuele Cavalli , Alberto Ziveri e Mario Mafai. Stringe amicizia con Emilio Villa, Guido Piovene e Alfonso Gatto. L'anno seguente alla fine della guerra fonda assieme a Pericle Fazzini, Enrico Prampolini, Joseph Jarema e Virgilio Guzzi, l' Art Club con sede in via Margutta 53. Conosce e frequenta Lionello Venturi, ritornato in Italia dopo l'esilio del periodo fascista. L'anno 1956 segna l'inizio del suo periodo informale. Nel 1965 diventa Direttore dell'Accademia delle Belle Arti di Roma e membro dell'UNESCO, cariche che manterrà fino al 1976. Luigi Montanarini muore e Roma il 7 gennaio 1998, nella sua casa di Via di Monserrato.