Fils aîné de Louis Nicolas*, il est né le 13 octobre 1695 à Paris et baptisé le 25 novembre. Il reste connu sous le nom de duc de Retz, car il avait acquis en 1716 l’ancien duché de Retz, dépourvu de titulaire (sans pour autant être vraiment duc d’un duché qui n’existait plus).
Le 15 avril 1716, il épouse à Paris, en l’église Saint-Roch (AN), Marie Renée Bonne de Mont-morency-Luxembourg (1697-1759) fille aînée de Charles François Frédéric de Montmorency-Luxembourg (1662-1726), duc de Piney et pair de France, et de sa seconde épouse Marie Gillonne Gillier de Clérambault (1677-1709), sans postérité. A. Vingtrinier* (1888) donne la majeure partie du contrat de mariage, dont l’intérêt réside dans la généalogie partielle des membres des familles, dans le rappel de leurs titres, voire de leurs qualités au superlatif, le tout signé par tous, y compris le roi, au palais des Tuileries le 7 avril ; on notera que le futur époux est désigné comme François Louis de Neufville, marquis de Villeroy (ANF).
Il commence sa carrière militaire dans les mousquetaires (1712-1713) ; le 25 février 1714, il obtient, sur la démission de son père, le régiment de Lyonnais. Capitaine de la première compagnie des gardes du corps du roi le 24 décembre 1716, par la démission de son père et pour exercer cette charge en son absence et à sa survivance, puis en tant que seul titulaire en février 1722. Duc de Villeroy et pair de France, encore sur démission de son père le 5 février 1722, il siège au parlement dès le 9 février. Il commande le régiment de Lyonnais à Richemont en 1727, à Aimeries-sur-Sambre en 1732, au siège de Kell en 1733. Nommé Brigadier d’infanterie le 20 février 1734, il commande une brigade à l’attaque d’Ettlingen et au siège de Philisbourg (voir Pinard). Il est maréchal de camp des armées du roi le 1er mars 1738.
À la mort de son père en 1734, il devient gouverneur et lieutenant général à Lyon et en Lyonnais, Forez et Beaujolais. Ami de Louis XV, il passe tout son temps à la Cour : dès le début, il vend l’hôtel de la place du Gouvernement et, dès lors, le Consulat le logera à l’Hôtel de Ville lors de ses séjours lyonnais, ce qui sera aussi le cas pour son successeur. Il est vite oublié de la population ; pourtant, le 1er septembre 1740, le consulat le sollicite pour qu’il accepte de donner son nom au nouveau quai du Rhône : le quai de Retz (act. quai Jean-Moulin), avec ses quatre ports de l’Hôpital, des Cordeliers, des Jésuites et de Saint-Clair.
En 1746, il publie une ordonnance qui défend aux gens de livrée d’entrer aux spectacles sous peine de prison, et d’arracher les affiches desdits spectacles sous peine d’amende et de prison. Il faut se rappeler que, jusqu’en 1790, les spectacles sont contrôlés par le gouverneur. C’est lui qui, vers 1735, accueille le faïencier François Barbin chassé de Paris : il l’installe dans les dépendances du château de Villeroy où sont alors produites des céramiques sous la marque D.V. En 1748, Barbin quitte son atelier pour des travaux, et s’installe dans le village de Mennecy : désormais l’appellation officielle sera « Manufacture de porcelaine de Villeroy établie à Mennecy ».
En 1738, il cède le domaine d’Ombreval (à Neuville-sur-Saône) à sa sœur Marie-Madeleine Angélique, duchesse de Boufflers. À la mort de celle-ci, le domaine passe à son unique petite fille, Amélie de Boufflers, mariée au duc de Lauzun. Lors de la Révolution, celle-ci émigre puis revient, est arrêtée puis libérée, puis enfin guillotinée sans doute par erreur. Le château d’Ombreval-Neuville passe alors à une branche latérale des Boufflers : dépouillé de son mobilier, il sera ensuite vendu à Joseph Antoine Rambaud, beau-père de Marc-Antoine frère d’Antoine Péricaud* (légué à la commune par ses derniers propriétaires en 1961, c’est aujourd’hui la mairie de Neuville-sur-Saône).
Deux ans avant sa mort, il se démet de toutes ses fonctions en faveur de Gabriel Louis*, ce qui donne à Tolozan de Montfort*, alors prévôt des marchands, l’occasion d’une pompeuse allocution à la gloire des Villeroy.
Il meurt à Paris, en son hôtel rue de Varenne, faubourg Saint-Germain, paroisse de Saint-Sulpice, le 22 mars 1766, et il est inhumé à Saint-Sulpice (et non le 13 décembre 1765 comme le dit Vingtrinier).
Louis Nicolas, 3e protecteur, étant mort en 1734, Louis François Anne vient prendre possession de son poste de gouverneur en 1735 ; au cours d’une visite à la bibliothèque publique, Brossette lui propose de succéder aussi à son père comme protecteur de l’Académie, ce qu’il accepte. Il sera officialisé dans ce rôle par les Lettres patentes de 1758, toujours signées par Louis XV, qui entérinent la fusion de l’Académie et de la Société des Arts (ou Académie des beaux-arts). En effet, ces nouvelles Lettres patentes reprennent presque mot à mot les termes des premières : « pour cette fois seulement avons nommé Protecteur de ladite Académie, notre susdit cousin le DUC DE VILLEROY, laissant la liberté d’en élire un dans la suite aux académiciens qui composeront ladite Compagnie ». Et l’article 1er des statuts de 1758 reprend à son tour : « l’Académie aura un protecteur ». On peut remarquer que, désormais, le pouvoir royal laisse à l’Académie le soin de choisir et d’élire son futur protecteur.
Louis François Anne sera reçu à l’Académie en séance publique le 27 avril 1745, et Charles Bordes* fera un discours de bienvenue dithyrambique.
Pinard, Chronologie historique-militaire contenant l’histoire de la création de toutes les charges, dignités et grades militaires supérieurs..., Paris : Hérissant, 1764, p. 150-151. – A. Péricaud*, « Les gouverneurs de Lyon », Revue lyonnaise 13, 1841, p. 361-383 (Villeroy p. 375-382) ; et Lyon : Boitel, 23 p. – L. Morel de Voleine et H. de Charpin-Feugerolles*, Recueil de documents pour servir à l’histoire de l’ancien gouvernement de Lyon (1re partie, p. 172-176), Lyon : Perrin, 1854 [nombreuses erreurs]. – Henry Morin-Pons*, « Les Villeroy », MEM L 10, 1861, p. 195. – A. Vingtrinier*, Le dernier des Villeroy et sa famille, à propos d’un manuscrit de la bibliothèque de Lyon. RLY 4, 1887, p. 349-355, et Paris : Champion, 1888, p. 86-93. – H. Morin-Pons, (Louis-François-Anne, duc de Retz, p. 57-59, pl. VIII). – A. Darblay, Villeroy. Son passé, sa fabrique de porcelaine, son état actuel, Corbeil : Crété, 1901, p. 69. – Christophe Lavantal, Ducs et pairs et duchés-pairies laïques à l’époque moderne (1519-1790), Paris : Maisonneuve et Larose, 1996, p. 983-991. – Jean Tricou, Jetons armoriés offerts par la ville de Lyon aux xviie et xviii siècles, Lyon : Badiou-Amant, 1947, p. 134-140, et pl. IV.
Ses armes (« d’azur au chevron d’or accompagné de trois croisettes ancrées du même ») figurent sur de nombreux jetons offerts à Louis François Anne de Neufville de Villeroy par le consulat en sa des qualité de gouverneur et lieutenant général à Lyon et en Lyonnais, Forez et Beaujolais (voir Tricou).
L’Académie possède neuf lettres, qui sont pour la grande majorité des lettres de remerciements à la suite de la réception des vœux de l’académie des Beaux-Arts pour la nouvelle année : Ac.Ms268-I, II et III & Ms263.