Louis IV Charles de La Trémoïlle est né à Paris le 26 octobre 1838. Il est le fils de Charles Bretagne Marie de La Trémoïlle (1764-1839) et de Valentine Eugénie Joséphine Walsh de Serrant (1810-1887), sa troisième épouse.
A la mort de son père, il devient le 10e duc de La Trémoïlle, prince de Talmont et comte de Laval.
Passionné par l'histoire et plus particulièrement par celle de son illustre famille, il entreprit l'étude des archives de la maison de La Trémoïlle (chartriers de Thouars et de Serrant, fonds Duchâtel provenant de son épouse Marguerite, fille d'un ministre de l'Intérieur de Louis-Philippe Ier). Ces archives sont alors conservées au château de Serrant à Saint-Georges sur Loire (49).
Emerveillé par la richesse de ses archives familiales, il consacre sa vie à les explorer et à en donner l'accès à des chercheurs, notamment à Paul Marchegay (1812-1885) et l'historien thouarsais Hugues Imbert (1822-1882).

Le 24 décembre 1904, l'historien et académicien G. Lenotre (1855-1935) évoque sa visite au couple ducal dans leur hôtel parisien du 4, avenue Gabriel : "l'hôtel moderne, assez simple à l'extérieur, est très vaste et superbe à l'intérieur. Dans un grand salon, splendides boiseries Régence provenant je crois d'un hôtel de Pomponne, attribuées à un Caffieri. (…) M de La T. arrive, l'air d'un campagnard, prodigieusement sourd (...) il a environ 67 ans (…) il m'emmène dans son chartier et m'explique les pièces qu'il croit m'intéresser davantage… Enfin il aborde la question " Louis XVII " en évoquant un dossier secret sur l'affaire du Temple, et souligne qu'il n'a pu publier certains passages des mémoires de Mme de Tarente du fait de la présence des Orléans. Voici son portrait à la même période.
Revenons à sa famille. Il épouse le 2 juillet 1862, Marguerite-Jeanne Tanneguy-Duchâtel (1840-1913). Le couple a deux enfants : Louis Charles Marie de La Trémoïlle et Charlotte (1864 - 1944).
Louis Charles de La Trémoïlle va, à plusieurs reprises, publier ses recherches sur ses ancêtres en mettant en valeur leurs correspondances et certains livres de comptes et autres inventaires.
Ces travaux lui permettent en 1899 de devenir membre de l'académie des inscriptions et belles lettres.
Louis Charles de La Trémoïlle meurt le 4 juillet 1911 à Paris.