In 1964 studeerde hij cum laude af in klassieke piano. Hij ontwikkelde zich echter als jazzpianist, met Oscar Peterson, Bill Evans en Bud Powell als zijn grote voorbeelden. Van Dijk werkte jarenlang samen met Ramses Shaffy en Liesbeth List in het ensemble Shaffy Chantant. In latere jaren trad hij vaak op met Pim Jacobs en Pieter van Vollenhoven onder de naam Gevleugelde Vrienden. Met de opbrengst van die concerten werd het Fonds Slachtofferhulp gefinancierd. Hij produceerde vele platen als het trio/quintet/quartet Louis van Dijk, en in samenwerking met Daniel Wayenberg, Rogier van Otterloo, Thijs van Leer, Toots Thielemans, Pim Jacobs, Pieter van Vollenhoven, trio Pim Jacobs en Rita Reijs, Jody Pijper, Dick Bakker en het Rosenberg Trio.