Caratterista sanguigno dall'inconfondibile timbro vocale, ha alternato esperienze teatrali a quelle soprattutto cinematografiche. Debutta in teatro nel 1921, con la compagnia Pederzini, per passare poi dal 1922 al 1924 ad altre compagnie minori, fino ad arrivare nel 1925 al Teatro Odescalchi di Roma, allora diretto dallo scrittore Luigi Pirandello. Nel 1926 è con la Sabbatici-Fontana e l'anno dopo con la Almirante-Manzini; dal 1928 al 1936 lavora con ben sei gruppi teatrali, tra i quali la compagnia De Sica-Tofano-Rissone e la compagnia Merlini-Cialente. Nella stagione 1937-1938 è primattore con la compagnia Borboni-Cimara con cui compie una lunga tournée. Tra le sue partecipazione ricordiamo: I padri etruschi (1942) di Pinelli, Casa di bambola (1942) di Ibsen e Sacro esperimento (1948) di Hochwalder. Nel teatro di rivista ha partecipato a Sai che ti dico? (1944), Cantachiaro n. 1 (1944), Imputati alziamoci! (1945), e Tobia, la candida spia (1954). In cinema è interprete di numerosissime pellicole, quasi tutte del genere comico, e spesso accanto a grandi comici quali Totò e Aldo Fabrizi, interpretando quasi sempre personaggi burberi e irascibili. Fra i film che interpretò ricordiamo, Melodie eterne (1940), L'allegro fantasma (1941), Le miserie del signor Travet (1946), Fifa e arena (1948), Totòtarzan (1950), La famiglia Passaguai (1951), La famiglia Passaguai fa fortuna (1951), Totò a colori (1952), Papà diventa mamma (1952), Questa è la vita (1954), La banda degli onesti (1956), Totò a Parigi (1958), Signori si nasce (1960), Totòtruffa '62 (1961), Gerarchi si muore (1962), Veneri al sole (1965). Svolge anche un'intensa attività di doppiatore: fu Fredric March in The Desperate Hours (Ore disperate, 1955), Gary Cooper in Saratoga (Saratoga, 1937) e Cloak and Dagger (Maschere e pugnali, 1947), Burl Ives in Cat on a Hot Tin Roof (La gatta sul tetto che scotta, 1958). Negli ultimi anni prende parte anche ad alcuni sceneggiati televisivi, come David Copperfield (1965) e Il conte di Montecristo (1966). Luigi Pavese ha dimostrato in oltre quarant'anni di carriera di essere un attore dotato di un grande talento e di una straordinaria versatilità. Nei numerosi film a cui prese parte gli erano spesso riservate brevi apparizioni, ma le sequenze che ha interpretato, sono illuminate dall'immenso valore della sua arte.