INacque da una relazione extraconiugale della madre, Teresa, cameriera presso una famiglia  benestante di Torino (la famiglia Micca) con Ferdinando, il figlio sedicenne della famiglia. La madre venne poi allontanata e ritornò a Cassine, e Luigi prese il cognome del marito della ragazza, Giuseppe Tenco, che morì in circostanze mai del tutto chiarite prima che lui nascesse. I due avevano già un figlio, Valentino. Trascorse la prima infanzia tra Cassine e Ricaldone fino a che, nel 1948, la famiglia si trasferì in Liguria, a Genova, dove la madre aprì un negozio di vini. Frequentò, con discreto profitto,  il liceo scientifico. Nel 1953 fondò un gruppo musicale, la Jelly Roll Boys Jazz band che propone tra i tanti brani di Nat King Cole. Iniziò a suonare il sax nel 1957, quando venne chiamato da il fondatore dei Los Marcellos Ferial. Tenco scrive la sua prima canzone, la sigla di apertura dell'orchestra. Seguì nel 1958 la costituzione del gruppo i Diavoli del Rock con  Gino Paoli alla chitarra. Iscrittosi alla facoltà di Ingegneria, passò poi a quella di Scienze Politiche. In questo periodo entrò a far parte del Modern Jazz Group. Nel 1959 si trasferì a Milano, lavorando come arrangiatore alla Dischi Ricordi. Ottenne poi un contratto discografico con la Dischi Ricordi come cantante; il suo esordio con il gruppo I Cavalieri risale al 1959. incise un EP con quattro brani, Mai/ Giurami tu/ Mi chiedi solo amore/ Senza parole  pubblicato a nome Tenco. Dopo questa incisione, Tenco adottò gli pseudonimi di Gigi Mai, Dick Ventuno e Gordon Cliff, chiedendo a di non apparire con il suo vero nome per non subire danni d'immagine essendo studente di Scienze Politiche ed iscritto ad un partito politico. Nel 1961 uscì il suo primo 45 giri inciso come solista e con il suo vero nome, intitolato I miei giorni perduti. Il primo 33 giri di Tenco uscì proprio quell'anno; conteneva successi quali Mi sono innamorato di te e Angela. Agli inizi del 1965 fa la sua seconda apparizione cinematografica, nel film musicale 008: Operazione ritmo, distribuito con successo in tutta Italia. L'anno successivo  incide Un giorno dopo l'altro. Altri successi dell'epoca sono Lontano lontano. A Roma, conobbe la cantante italo-francese Dalida, con la quale ebbe una relazione. Nel 1967 si presentò al Festival di Sanremo con la canzone Ciao amore ciao, cantata, come si usava a quel tempo, da due artisti separatamente Tenco e Dalida. Il brano di Tenco non venne apprezzato dal pubblico e non fu ammesso alla serata finale del Festival, classificandosi al dodicesimo posto nel voto popolare. Fallito anche il ripescaggio, dove fu favorita la canzone La rivoluzione di Gianni Pettenati, pare che Tenco sia stato preso dallo sconforto. Rinchiusosi  nella sua camera dell'Hotel Savoy, venne successivamente trovato morto proprio dalla stessa Dalida.  Il corpo riportava un foro di proiettile alla testa. Venne trovato un biglietto vergato a mano - che più perizie calligrafiche hanno poi consentito di attribuire allo stesso Tenco - contenente il seguente testo:

Questo fece subito pensare al suicidio come spiegazione della morte. Tanto più che Tenco aveva acquistato una pistola l'anno precedente per difesa personale. Tuttavia, per molti decenni, sono sussistiti dubbi sulle cause della sua morte: ad esempio a causa del fatto che non fu mai ritrovato il proiettile che ne causò la morte.  Nuovi esami del 15 febbraio 2006 hanno confermato la tesi del suicidio, chiudendo definitivamente il caso.