Luisa Ranieri debutta al cinema nel 2001 con Leonardo Pieraccioni ne Il principe e il pirata, e fa il suo ingresso nel cinema d’autore nel 2004 diretta da Michelangelo Antonioni, nell’episodio Il filo pericoloso delle cose del film Eros, presentato alla 61. Mostra di Venezia.
Per la televisione interpreta il ruolo di Assunta Goretti nella miniserie di Rai 1 Maria Goretti (2003), per la regia di Giulio Base, Maria Callas nella fiction di Canale 5 Callas e Onassis (2005) di Giorgio Capitani ed è la protagonista ...visualizza tutto femminile di La omicidi (2004) e Cefalonia (2005), diretti entrambi da Riccardo Milani. Nel 2005 affianca Adriano Celentano nel programma tv-evento Rockpolitik.
Nel 2007 torna al cinema con la commedia di Vincenzo Salemme SMS – Sotto mentite spoglie e nel 2008 partecipa a due produzioni televisive: O’ professore di Maurizio Zaccaro e Amiche mie di Paolo Genovese e Luca Miniero. Per Paolo Genovese reciterà in due successi del grande schermo, Immaturi (2011) e Immaturi – Il viaggio (2012).
Nel 2009 è tra i protagonisti del film di Pupi Avati Gli amici del bar Margherita e nel 2010 è nel controverso L’amore buio di Antonio Capuano.
Tra il 2009 e il 2010 recita in teatro ne L'oro di Napoli di Gianfelice Imparato e Armando Pugliese - trasposizione teatrale dei racconti di Giuseppe Marotta divenuti celebri grazie all'omonimo film di Vittorio De Sica - dove interpreta sia il ruolo che fu di Sofia Loren, sia quello di Silvana Mangano. Lo spettacolo registra il tutto esaurito.
Luisa Ranieri ha lavorato con successo anche per produzioni americane e francesi: Letters to Juliet (2011) di Gary Winick, Le marquis (2011) di Dominique Ferrugia (2011) e Bienvenue à bord (Benvenuto a bordo, 2011) di Éric Lavaine.
Sempre nel 2011 prende parte al pluripremiato Mozzarella Stories di Edoardo De Angelis.
Nel 2014 recita in due miniserie televisive: Gli anni spezzati – Il commissario di Graziano Diana e Il giudice meschino di Carlo Carlei, nel film di Ferzan Ozpetek Allacciate le cinture e con Maldamore per la regia di Angelo Longoni.
