Louis XV là tằng tôn của Louis XIV và là con trai thứ hai của Quận công xứ Bourgogne (1682-1712), cùng vợ là Marie Adélaïde xứ Savoia, trưởng nữ của Victor Amadeus II, Quận công xứ Savoia. Ông chào đời tại Cung điện Versailles ngày 15 tháng 2 năm 1710. Sau khi chào đời, ông được tấn phong làm Quận công xứ Anjou. Khả năng kế vị của ông khi đó không cao; ông đứng sau tổ phụ là trưởng tử của nhà vua, Louis Đại Thái tử (Grand Dauphin), còn có cha và trưởng huynh trong danh sách thừa kế. Tuy nhiên, Đại Thái tử chết vì bệnh đậu mùa ngày 14 tháng 4 năm 1711. Ngày 12 tháng 2 năm 1712, mẫu thân của Louis, Marie Adélaïde, sau đó ngày 18 tháng 2 là cha của Louis, Quận công xứ Bourgogne, người thừa kế số một, lần lượt mắc bệnh sởi và chết. Ngày 7 tháng 3, cả Louis và trưởng huynh, Quận công Bretagne, đều bị chẩn đoán mắc bệnh sởi. Quận công Bretagne được điều trị theo cách truyền thống là chích máu. Khoảng tối ngày 8 rạng sáng ngày 9 tháng 3, Quận công Bretagne chết mà nguyên nhân là do cả căn bệnh và cách điều trị sai lầm. Bảo mẫu của Louis, Madame de Ventadour, không cho phép các bác sĩ lấy máu, do đó mặc dù rất đau nhưng ông vẫn sống sót. Khi Louis XIV qua đời ngày 1 tháng 9 năm 1715, Louis, mới 5 tuổi, kế thừa hoàng vị.