Lluís Martínez i Sistach nació en Barcelona en 1937.
Fue ordenado sacerdote en Cornellà de Llobregat en 1961.
Se doctoró en derecho civil y canónico en la Pontificia Universidad Lateranense de Roma.
Entre 1978 y 1987 fue vicario episcopal y luego vicario general de la archidiócesis de Barcelona.
Es profesor de derecho canónico de la Facultad de Teología de Cataluña y presidente de la Asociación Española de Canonistas.
En 1987 fue consagrado obispo titular de Aliezira y auxiliar de Barcelona.
En 1991 es nombrado obispo de Tortosa y en 1997, de la sede metropolitana y primada de Tarragona. En 2004 fue nombrado arzobispo de Barcelona.
Benedicto XVI lo creó cardenal el 24 de noviembre de 2007. Desde junio de 2008 es miembro del Tribunal Supremo de la Signatura Apostólica y del Consejo Pontificio para los Laicos.