Ранние годыСемья Брольо перебралась из Местре, где родился Луиджи, в Рим в 1915 году.
В 1934 году он получает специальность инженера, после чего в течение трёх лет служит в армии в звании офицера артиллерии. Затем он переходит в итальянские военно-воздушные силы — Aeronautica Militare Italiano, где будучи лейтенантом назначается в исследовательский центр в Гуидонии-Монтечельо. Здесь Брольо работает над различными проектами вроде конструирования реактивных двигателей, пока в сентябре 1943 года он не присоединяется к партизанским соединениям.После войны в 1950 году он получает звание лейтенант-полковника. Также в 1952 году он становится деканом школы инженеров по аэронавтике при Римском университете Ла Сапиенца.
В составе школы он образует Центр аэрокосмических исследований (итал. Centro Ricerche Aerospaziali), где участвует в сооружении сверхзвукового ветрового туннеля и первого в Европе испытательного полигона для спутников.
В 1956 году его назначают главой проекта Direzione Generali Armi e Munitioni, направленного на реализацию ракетной программы для военных нужд.Программа Сан-МаркоОсновная статья: Сан-Марко (программа)После запуска первого ИСЗ в 1957 году многие страны начали осуществлять космические программы.
В Италии эту идею стали продвигать Брольо и влиятельный физик Эдоардо Амальди. Вместе они повлияли на создание Комиссии по исследованию космоса в составе Национального исследовательского совета Италии (Consiglio Nazionale delle Ricerche). Эту комиссию возглавил Брольо, а её деятельность привела к созданию собственного космодрома на море в экваториальной зоне (в Кении) и запуску первого итальянского спутника Сан-Марко-1, одного из первых, созданных не в рамках космической гонки между СССР и США.Поздние годыВ последующие годы Брольо продолжает свою работу в итальянских ВВС, также как и научную деятельность в Ла Сапиенца.
В 1988 году становится директором вновь созданного Итальянского космического агентства (ИКА). Когда в 1993 году космический центр в Кении был понижен в статусе до наземной станции спутникового контроля, Брольо вышел из состава директоров ИКА и подал в отставку.