En 1995 ingresa a la escuela de música más importante de Estados Unidos, la Florida State University, donde además de estudiar vocalización, canto y teoría entre otras cosas, formó parte del coro de la Universidad. También canta con la Orquesta Sinfónica de Birmingham, en Londres.
Su primer disco se titula Comenzaré y gracias a éste obtiene varios premios y la nominación a los premios Billboard como artista revelación del año. Además, canta con Franco de Vita y Olga Tañon. Luego lanza Eterno, su segunda placa, con la cual conquistó el mercado latino y anglosajón.
En el año 2001 estrena Remixes
En el 2002 publica su tercer material, Amor secreto, en el cual escribió 3 de las 12 canciones que lo integran, además de ser el coproductor ejecutivo. Paralelamente grabó un álbum completamente en inglés.
Algunos de los productores más renombrados de la industria musical colaboraron en los dos discos: Rudy Pérez, autor del primer sencillo, “Quisiera poder olvidarme de ti”, y quien produjo el segundo trabajo de Fonsi, Eterno; el veterano Tulio Cremisini, y renombrados productores norteamericanos y suecos maestros del sonido pop. Siguió Abrazar la vida (2003).
Paso a paso (2005) fue producido por Sebastián Krys, ganador de un premio Grammy y que además ha trabajado con artistas de la talla de Gloria Estefan, Soraya y Carlos Vives, entre otros. Ocho de los once temas que componen el álbum son de la autoría de Fonsi, aunque también ha trabajado con compositores como Noel, del grupo Sin Bandera. “Nada es para siempre” es el título del primer corte de difusión.
El 2 de septiembre de 2008 sale a la venta su sexto material en español, Palabras del silencio. Es la primera vez que todas las canciones son escritas y coescristas por Luis Fonsi. Este disco sale en los formatos CD y CD + DVD. El primer sencillo salió en junio, “No me doy por vencido”, y en seguida se apoderó de los primeros puestos en los canales de televisión y de las estaciones de radio. En 2011, el cantante lanza Tierra firme, en edición standard y edición deluxe, que trae varias versiones del tema.
El 19 de mayo de 2014 sale al mercado 8, compuesto por 11 canciones, entre estas “Corazón en la maleta” y “Llegaste tú”, dedicada a su hija Mikaela, de 2 años de edad, a dúo con Juan Luis Guerra. Fonsi compuso el álbum en conjunto con Claudia Brant, Noel Schajris, Justin Gray, Horacio Palencia, Erica Ender y Mónica Vélez.
El 13 de enero de 2017 lanza el sencillo “Despacito”, grabado junto a Daddy Yankee. El 17 de abril, Fonsi y Daddy Yankee lanzan el remix, que incluye a Justin Bieber. Esta canción es, sin precedentes, la más escuchada de todos los tiempos del pop latino, por toque recibió el botón de diamante de Youtube, por sus 10 millones de suscripciones y por superar 3 billones de vistas.
El 15 de septiembre graba el remix de “Party animal” junto a Charly Black. El 17 de noviembre lanza “Échame la culpa”, otro hit, junto a Demi Lovato. El 21 de febrero de 2018 participó en el Festival de la Canción de Viña del Mar y obtuvo las Gaviotas de Plata y Oro. El 25 del mismo mes dio un concierto sinfónico en el teatro Colón de Buenos Aires. En marzo sale la versión en inglés de “Échame la culpa”, titulada “Not on you”.
El 15 de junio llega “Calypso”, junto a la rapera británica-jamaiquina Stefflon Don; en este tema conviven tres idiomas, el español, el inglés y el francés. Fue compuesto por ambos cantantes y otros colaboradores, entre ellos Mauricio Rengifo (Dandee). El 17 de agosto liberan el remix junto a Karol G.
El 19 de octubre estrena ”Imposible”, junto a Ozuna. El 1 de febrero de 2019 lanza Vida, compuesto por 15 canciones, incluyendo los hits editados el año anterior y, por supuesto, “Despacito”. Además, es “coach” en el reality show La Voz, en España y Estados Unidos al mismo tiempo. El 23 de abril ve la luz el sencillo “Date la vuelta”, grabado junto a Nicky Jam y Sebastián Yatra.
El 1 de mayo de 2020 lanza el video de “Girasoles”. El 15 de julio, junto a sus hijos Mikaela y Rocco, hizo una versión de “Baby shark”. El 26 de agosto, junto a Paty Cantú estrena “La mentirosa”. El 17 de septiembre sale “Perfecta”, junto a Farruko. En febrero de 2021, da a conocer, junto a la estrella de la música urbana Rauw Alejandro, el single “Vacío”. El 4 de junio presenta su colaboración con Myke Towers, “Bésame”. A fines de junio lanza “Dos veces”, con David Bisbal.
En enero de 2022 presenta el videoclip de “Vacaciones”, junto a Manuel Turizo. El 11 de febrero de 2022 publica “Ley de gravedad”, con Cali y Dandee. El 11 de marzo de 2022 sala al mercado el disco Ley de gravedad.