Ihre wissenschaftliche Karriere begann am Kaiser-Wilhelm-Institut für Silikatforschung und endete mit dem vorzeitigen Ruhestand. Luise Holzapfel erforschte organische Kieselsäureverbindungen sowie die Staublungenkrankheit Silikose.

Luise Holzapfel wurde am 14. März 1900 in Höxter an der Weser geboren und wuchs in einer gutbürgerlichen Juristenfamilie auf. Ihr Vater Wilhelm Holzapfel war Regierungsrat, ihre Mutter Elsa ging keinem Beruf nach. Das Abitur, für junge Frauen damals unüblich, legte Holzapfel erst im Alter von 29 Jahren an einem Abendgymnasium in Berlin ab. Von 1929 bis 1934 studierte sie Chemie, Physik, Technologie und Volkswirtschaftslehre an der Friedrich-Wilhelms-Universität Berlin. Im Oktober 1936 wurde sie als erste Frau an der neuen mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät promoviert. Ihre Doktorarbeit trug den Titel „Über die photochemische Verbrennung von Kohlenoxyd“. 

Im Jahr 1939 erhielt Holzapfel eine Anstellung als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Kaiser-Wilhelm-Institut für Silikatforschung in Berlin-Dahlem. Dort habilitierte sie sich 1943 mit einer Schrift zum Thema „Organische Kieselsäureverbindung“. Im Folgejahr wurde sie zur Dozentin ernannt und ab 1945 leitete sie eine Abteilung am Kaiser-Wilhelm-Institut für Silikatforschung, wo sie sich weiterhin mit organischen Kieselsäureverbindungen beschäftigte. Mit dem Übergang der westdeutschen Institute der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft in die Max-Planck-Gesellschaft wurde Holzapfels Abteilung 1952 dem Würzburger Max-Planck-Institut für Silikatforschung als Zweigstelle angegliedert, musste aber zehn Jahre später aus Kostengründen schließen. Holzapfel wurde 1963 in den vorzeitigen Ruhestand versetzt. 

Neben ihren grundlegenden Beiträgen zu organischen Siliziumverbindungen machte sich Holzapfel einen Namen als Erforscherin der Silikose, der Quarzstaublunge, die mittlerweile als Berufskrankheit anerkannt ist. Der in ihrer Geburtsstadt Höxter ansässige Verein „Natur und Technik“ wählte die Silikatforscherin als Namenspatin für seinen MINT-Wettbewerb (MINT steht für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik), bei dem Kinder und Jugendliche den Luise-Holzapfel-Preis gewinnen können. 

Luise Holzapfel verstarb nach schwerer Krankheit am 21. September 1963 in Berlin.