Polisen sa att angriparen var en 58-årig vit man beväpnad med en pistol men släppte inga fler detaljer.
Vittnena sade att mannen öppnade eld omkring 20 minuter på en visning av en film på Grand Theatre i Lafayette.
Timmar tidigare, USA: s president Barack Obama berättade för BBC att vapen lag reform hade varit hans "största frustration".
Polischef Jim Craft sade officerare svarade på rapporter om en skottlossning vid omkring 19:30 lokal tid (00:30 GMT).
John Craft sade att nio personer fördes till ett lokalt sjukhus med skador som sträcker sig från kritiska till icke-livshotande.
Gärningsmannens identitet är känd av polisen, tillade mr Craft, men släpps inte för tillfället.
"Vi vet inte om det var en slumpartad handling, om det var en inhemsk situation," Mr Craft sade.
Polischefen sa att skytten hade en kriminell historia men att den var "söt gammal".
Dussintals nödfordon sändes till platsen för skottlossningen i Lafayette, en stad med omkring 120.000 invånare.
Ett vittne sade att hon hörde en hög smäll som en smällare och såg en man stå upp och skjuta under visningen av filmen Trainwreck.
"Han sa ingenting. Jag hörde inte heller någon skrika," Katie Domingue berättade lokala tidningen Annonsören.
Omkring 100 personer tros ha varit i byggnaden vid tidpunkten för skottlossningen.
Louisiana Guvernör Bobby Jindal, som kom till platsen sent på torsdag kväll, sade till reportrar: " Vi kommer att klara oss igenom detta. Vi är en motståndskraftig gemenskap."
"Det här är en hemsk kväll för Lafayette. Det här är en hemsk kväll för Louisiana. Detta är en hemsk kväll för USA, "tillade han.
Amerikansk komiker och skådespelerska Amy Schumer, som står i Trainwreck, twittrade: "Mitt hjärta är krossat och alla mina tankar och böner är med alla i Louisiana."
Skottlossningen kommer när en jury överlägger om dödsstraff för en revolverman som attackerade en film i Colorado för tre år sedan.
James Holmes, 27, dödade 12 personer och skadade 70 andra i juli 2012 på en visning av en Batman film nära Denver.
En revolverman har öppnat eld på en biograf i delstaten Louisiana, dödat två personer och skadat nio andra innan han sköt sig själv, säger myndigheterna.