Né en 1959, il fait ses études au Conservatoire National Supérieur de Musique de Paris, dont il sort avec deux Premiers Prix. Il commence par exercer le métier de musicien d’orchestre (hautbois, cor anglais) tout en se lançant dans la composition de musiques de scène. En 1981, il fonde avec Maurice Jacquemont la compagnie Les Musicomédiens puis, en 1985, la Compagnie Fracasse, avec Jean-Marie Lecoq. Il compose la musique des spectacles Le Roi cerf (1984), La Capitaine Fracasse (1986), Le Tour du Monde en 80 jours (1987), Christophe Colomb (1990), Les Empires de la Lune (1993), Les Trois mousquetaires (1995), Quichotte & Sancho (1997), Le Médaillon brisé (1998), Amphitryon (1998), La Belle & la Bête (2000), Robin des Bois (2001), Le Pentathlon des Dieux (2003), The Talking bird (2004), Hypocondriac 1er , roi de Neurasthénie (2008).
Le spectacle Christophe Colomb a obtenu le Piaf et le Molière 1991 du meilleur spectacle musical. Il a été traduit en anglais et repris par trois différentes productions américaines. Le Capitaine Fracasse a été traduit en allemand et joué à travers les pays germanophones.
Dans le domaine de la télévision, Louis Dunoyer de Segonzac a collaboré, en tant qu'arrangeur et directeur musical, avec des réalisateurs tels que Laurent Heynemann, Christian de Chalonge, Claude Chabrol, Denis Malleval, Gérard Jourd'hui, Jacques Santamaria, Philippe Monnier, Olivier Schatzky et Jean-Daniel Verhaeghe. Pour l’ensemble de son œuvre de compositeur, Louis Dunoyer de Segonzac a reçu le Prix Maurice Yvain 1991.
Il est également lauréat du concours de composition Pro Lyrica et boursier de l’Association Beaumarchais.
Louis Dunoyer de Segonzac est actuellement vice-président de la SACD (Société des Auteurs et Compositeurs Dramatiques), où il préside la commission musique .