Als nou anys ha de fer estades a una casa de Bunyola i a la possessió de des Cocons, totes dues provinents de la branca paterna i que també passaran anys després a formar part de la seva ficció narrativa. L'any 1909 ingressà a l'Institut Balear on, els cursos 1910-1912, aprengué llatí sota el mestratge de seu parent Gabriel Alomar i Villalonga.

L'any 1912, amb l'inici de la lectura d'obres d'Anatole France, el decantament  envers la cultura francesa ja estava del tot decidit. D'altra banda, són d'aquesta època les primeres provatures literàries en castellà publicades a <<Última hora>>. Deixà els estudis per tal de fer l'examen d'ingrés a la Acadèmia Militar de Toledo, però hi renuncià i el 1916 reprengué els estudis de batxiller com alumne lliure. Es dedicà a la lectura d'obres d'autors illencs i, sobretot, francesos. Acabà el batxillerat el 1917 i dos anys després decidí començar els estudis de Medicina a Múrcia. De l'any 1920 fins el 1922 estudià a Barcelona, on més que no pas interessar-se per les manifestacions culturals i polítiques de caire catalanista, freqüentà els teatres de varietats on triomfaven les grans cupletistes de l'època. Del 1921 és el primer esbós de Mort de Dama.

L'any 1923 es traslladà a Madrid on cursà el quart curs de Medicina i freqüentà la Residència d'estudiants. S'interessà per les obres d'Ortega y Gasset i Gregorio Marañón. El mes de novembre d'aquell any moria el seu pare i decidí de retornar a l'illa. És llavors quan inicia veritablement la dedicació al periodisme al diari <<El Día>> de Ciutat i decideix anar a Saragossa a acabar la carrera. És un temps d'intensa formació intel·lectual: lectures d'Anatole France, Ortega, Freud i Proust.

Un cop aconseguit el títol de metge, el 1927, començà a treballar d'anestesista a la clínica del metge Peñaranda. Dos anys després es traslladà a parís per tal de seguir estudis de Psiquiatria i Terapèutica Física, especialitats a les quals després es dedicarà  professionalment. A partir de 1932 intensificà les col·laboracions periodístiques atacant aspectes del provincianisme illenc. Paral·lelament entrà en contacte amb els cercles minoritaris de Ciutat que practicaven un cosmopolitisme provocatiu. Així travà amistat amb la poetessa argentina   i nombrosos forasters que assistiren a les tertúlies del cercle dels Peñaranda. Allí conegué la ballarina alemanya Eva Tay, amb la qual estigué a punt de complir els seus desigs de paternitat palesats a L'àngel rebel: <<El meu únic fill comptava menys de cinc mesos i sempre tindria la mateixa edat>>. També assistí amb assiduïtat a les tertúlies de <<La Frégate>> freqüentades per artistes intel·lectuals estrangers.

El 1934, després de la publicació de l'escandalosa Mort de dama (1931), edita Centro, on recull bona part de les col·laboracions de contingut anti catalanista publicada a <<El Día>>, les quals foren rebudes des de diversos sectors amb l'acusació d'una certa tendència feixista. Participà en l'aparició de <<Brisas>> (1934-1936), magazine d'una gran bellesa formal del qual fou director literari. Es declarà ideològicament europeista i liberal i hi signà col·laboracions amb els pseudònims de Dhey, Chop, Medinaveitia, i J.A. Cascabeles. L'any 1935 en un viatge que feu a Barcelona establí coneixença amb Salvador Espriu amb qui mantingué  durant anys una continuada relació epistolar. L'any següent cursà encara estudis de Psiquiatria amb Ramon Sarró i Emili Mira. Retornà a Mallorca i un cop esclatada la guerra civil, s'afilià a la <<Falange Española>> malgrat la seva confessada ideologia liberal. Ben probablement, tal i com anys després va confessar, ho féu sota una pressió ambiental. Recordem que el seu germà era un dels principals <<Jefes>> a l'illa. El mes de novembre es casà amb la seva cosina Maria Teresa Gelabert. Ja el 1937, l'ortodòxia feixista el considerà un element desviacionista i Villalonga decidí acabar amb les seves col·laboracions periodístiques a favor del nou règim. Es retirà a la possessió de la seva muller a Benissalem o s'inicià la gestació de la novella Bearn.

Els anys de la post-guerra foren d'aïllament tot i que féu alguns viatges per l'estranger i la península. J en la dècada dels cinquanta participà en la tertúlia del café Riskal amb Sanchis i Guarner i les noves generacions d'escriptors illencs. Sanchis Guarner fou decisiu en l'apropament de Villalonga cap a la <<catalanització>> de la seva obra literària, sobretot amb els contactes establerts amb Joan Sales i <<El club dels novel·listes>>, el qual a partir de la dècada dels seixanta publicà la major part de l'obra villalonguiana. El reconeixement públic d'aquesta vingué primer per part del públic lector, Bearn i Mort de Dama es convertiren en autèntics èxits editorials. Molt més tard arribà el reconeixement <<oficial>> amb el premi Premi Josep Pla de narrativa de 1973.

Llorenç Villalonga morí, després de llarga malaltia, a Ciutat de Mallorca el 28 de gener de 1980.