La abuela de Luisa prefirió educar a sus nietos de forma sencilla, de hecho, confeccionaban su propia ropa. Contrató a una gobernanta suiza, Madame Salomé de Gélieu, que enseñó francés a los niños, como era habitual con los niños de la aristocracia de la época. Su educación religiosa le fue impartida por un clérigo luterano. Además de las clases, Luisa aprendió el valor de la caridad y acompañaba a su gobernanta cuando esta visitaba las casas de pobres y necesitados. Luisa tuvo hasta problemas con su abuela debido a que destinaba a la caridad demasiado dinero. Desde que tenía diez años hasta su boda a los diecisiete, Luisa pasó la mayor parte del tiempo en compañía de su abuela y de la gobernanta. Cuando tenía solo nueve años, Luisa asistió a la lectura del primer acto de Don Carlos por el poeta Friedrich Schiller, algo que fomentó su amor por la literatura alemana, principalmente por las obras de Schiller. También se interesaba por la historia y la poesía y, además de Schiller, le gustaban Goethe, Paul, Herder, Shakespeare y las tragedias griegas. Las princesas recibieron asimismo clases de inglés, alemán, dibujo, pintura y piano.
En 1793, María Luisa llevó a sus dos nietas más jóvenes a Fráncfort a dar el pésame a su sobrino, el rey Federico Guillermo II de Prusia. Luisa era ya una joven bella con «grandes ojos azules» y graciosa por naturaleza. El tío de Luisa, el duque de Mecklemburgo, tenía la esperanza de fortalecer los lazos entre su casa real y la de Prusia. Por ello, en una noche planeada cuidadosamente por el duque, Luisa conoció al príncipe heredero de Prusia, Federico Guillermo. Este tenía veintitrés años, frente a los diecisiete de ella, y era serio y religioso. Luisa lo impresionó tanto que este decidió en ese mismo momento que quería casarse con ella. Mientras, la hermana de Luisa, Federica, captó la atención del hermano menor de Federico, el príncipe Luis Carlos, y las dos familias comenzaron a plantear un compromiso doble que se formalizaría un mes después, el 24 de abril de 1793 en Darmstadt. Federico y Luisa se casaron el 24 de diciembre de ese mismo año y su hermana Federica contrajo matrimonio dos días después.