Dernier enfant de Louis XIV et de Françoise-Athénaïs de Montespan, Louis-Alexandre né à Versailles le 6 juin 1678.  Il est élevé avec sa sœur Françoise-Marie par  Mme de Monchevreuil. En  novembre 1681, le roi légitime enfin les deux derniers enfants de la marquise de Montespan et titre le petit Louis-Alexandre comte de Toulouse.  En 1683, par le décès de son demi-frère le  comte de Vermandois, Louis-Alexandre reçoit la charge d’Amiral de France. Il assumera toujours cette fonction avec sérieux.

L’année suivante, le comte de Toulouse reçoit un régiment d’infanterie qui porte son nom. Cependant, l’enfant ne réclame aucun titre ni charge et reste modeste. Il se montre aimant envers le roi son père qu’il respecte beaucoup et envers sa mère Mme de Montespan, qui a bien des raisons de le préférer à son fils aîné le duc du Maine.

En 1689, il est encore comblé par le roi qui lui donne le gouvernement de la Guyenne. En 1690, Louis-Alexandre est retiré aux soins de sa mère pour passer entre les mains de son gouverneur, le marquis d’O. Jeune garçon vivant sans faire de scandales dans une cour où ce cas est rarissime pour les enfants du roi, le comte de Toulouse devient chevalier des Ordres du roi le 2 février 1693 puis  échange en 1695 son gouvernement de Guyenne contre celui de la Bretagne

Le 3 janvier 1696, Louis-Alexandre est fait Maréchal de  camp puis lieutenant des armées du roi le 3 août 1697. Cette année là, le comte de Toulouse obtient le duché de Penthièvre.

Bien que sa mère la marquise de Montespan ait quitté la cour en 1691, Louis-Alexandre entretient de fortes relations avec elle. Il s’entend également très bien avec son frère et ses sœurs et s’attire toute l’estime du roi son père et de la cour. En 1704, Louis-Alexandre devient chevalier de la Toison d’or. La même année, il prend le commandement de l’armée navale. A la fin du mois de juin 1707, il perd sa mère et ne peut prendre son deuil. Il soutient et épaule ses sœurs mais c’est sans doute Louis-Alexandre qui fut le plus touché par la perte de la marquise. En 1711, le comte de Toulouse acquit le duché de Rambouillet. L’ultime faveur que lui fera Louis XIV sera de le placer avec son frère aîné le duc du Maine au rang des princes de sang. 

Le 2 février 1723, alors que son frère et ses sœurs sont mariés depuis longtemps avec des princes de sang, Louis-Alexandre fait un mariage d’amour avec Marie-Victoire-Sophie de Noailles.  Ironie du sort, l’épousée est la veuve de Louis Pardillan de Gondrin, petit-fils du marquis et de la marquise de Montespan.  De ce premier mari décédé en 1712, Marie-Victoire  a eu deux fils avec lesquels Louis-Alexandre aura de bons rapports.

Avant cette union, la comte de Toulouse avait déjà eu deux fils illégitimes : Louis-Alexandre de Sainte Foy (1720-1723) et Philippe-Auguste de Sainte Foy (1721-1795). De son union avec la fille du duc de Noailles ne naîtra qu’un fils, Louis-Jean-Marie de Bourbon-Penthièvre (1725-1793). 

Louis-Alexandre de Bourbon s’éteint le 1er décembre 1737 à Rambouillet.