Поскольку родившийся годом раньше старший сын Анн-Жюль де Ноай был наследником титула и предназначался к военной карьере, второго сына семейство с детства предназначало к карьере церковной. Луи Антуан учился в колледже Плесси Парижского университета, где его одноклассником и другом был Франсуа Фенелон, получил там степень магистра богословия. Продолжил обучение в Сорбонне, получил докторскую степень по теологии 14 марта 1676 года[3].
Уже через год он был переведён на кафедру Шалона. В качестве главы епархии Шалона показал себя хорошим епископом, тщательно управлял делами епархии, передал управление теологической семинарией ордену лазаристов и основал епархиальную предсеминарию[5].
Участвовал в ассамблеях французского духовенства 1681 и 1682 годов, на последней в числе прочих поддержал «Декларацию галликанского клира», которая считается манифестом галликанства[3].
На кафедре парижского архиепископа осуществил ряд важных и полезных работ и начинаний — провёл реставрационные работы в Нотр-Дам-де-Пари, в частности, освятил первый камень нового алтаря собора, перестроил за свой счёт архиепископскую резиденцию, в 1696 году основал в Париже предсеминарию, созвал епархиальный синод в 1697 году, учредил еженедельные общественные конференции по вопросам морали. Кроме того, он рукоположил 48 новых епископов, что стало рекордом для парижской архиепархии[6].
При пребывании на парижской кафедре де Ноайя с новой силой вспыхнули утихнувшие было споры вокруг янсенизма. Хотя де Ноай настаивал, что он не является янсенистом и осуждает пять основных положений учения Янсения, определённые симпатии к янсенистам он испытывал. Ещё во время пребывания на шалонской кафедре он одобрил книгу «Моральные рассуждения по поводу Нового Завета» Паскье Кенеля, который считался лидером янсенистов. После того, как иезуиты, которые были главными противниками янсенистов, обратили внимание папской курии на эту работу, специальная комиссия осудила её в 1708 году. Де Ноай апеллировал к папе Клименту XI, который после тщательного исследования выпустил в 1713 году буллу Unigenitus, в которой осудил 101 положение из «Моральных размышлений»[7].
Де Ноай, однако, медлил, просил у папы новых разъяснений и не спешил официально принимать буллу. Это привело его к жёсткому конфликту с иезуитами, пользуясь полномочиями парижского архиепископа он лишил иезуитов многих прежних привилегий. Отказ принять папскую буллу также настроил против него мадам де Ментенон. Под влиянием своей супруги престарелый Людовик XIV запретил в 1714 году де Ноайю появляться при дворе[6].
После смерти короля Людовика XIV к власти пришёл равнодушный к религиозным спорам регент Филипп, после чего оппозиция к булле Unigenitus во французском обществе возросла, четыре епископа и 100 докторов богословия из Сорбонны, с кардиналом де Ноайем во главе, подготовили апелляцию к ближайшему Вселенскому собору. В ответ на это Климент XI издал новую буллу «Pastoralis officii», которая отлучила от церкви всех, не подчинявшихся булле «Unigenitus». Церковное сообщество Франции оказалось глубоко расколотым на два лагеря — противников буллы и её сторонников[7].
По причине отлучения де Ноай пропустил конклавы 1721 и 1724 года[3]. Незадолго до смерти 11 октября 1728 года де Ноай объявил о безоговорочном принятии буллы «Unigenitus», издал приказ, восстанавливающий у иезуитов полномочия, которых он лишил орден 13 лет назад. 8 ноября 1728 года папа Бенедикт XIII объявил кардиналам о снятии отлучения с кардинала де Ноайя[3]. Тем не менее многие исследователи до сих пор сомневаются в искренности данного поступка кардинала[6].
Оценки деятельности кардинала де Ноайя весьма противоречивы. С одной стороны многие отдают должное его усердной работе на посту архиепископа Парижа, подчёркивается, что в то время, как его политическая деятельность была сомнительна, церковная деятельность на парижской кафедре была «работой хорошего пастыря»[6]. С другой, оценки его роли в янсенистских спорах, в основном отрицательные. Подчёркивается, что его позиция способствовала расколу французского духовенства[6]. Католическая энциклопедия определяет характер кардинала, как слабый и неопределённый, а также говорит о том, что «Он носил великое имя и играл важную роль в своё время, но не обладал многими качествами великого епископа»[5].