Nach dem frühen Tod seines Vaters Wilhelm Ludwig wurde Eberhard Ludwig bereits vor seinem ersten Geburtstag regierender Herzog von Württemberg. Bis zu seinem siebzehnten Lebensjahr stand er unter der Vormundschaft seiner Mutter Magdalena Sibylla und seines Onkels Friedrich Karl, der die Regierungsgeschäfte führte. Nachdem Herzogadministrator Friedrich Karl 1693 im Pfälzischen Erbfolgekrieg in französische Kriegsgefangenschaft geraten war, erklärte Kaiser Leopold I. den noch jungen Eberhard Ludwig für volljährig und dieser übernahm formal die Regierung in seinem Herzogtum.
In den ersten Jahren seiner Regentschaft kümmerte sich Eberhard Ludwig nur wenig um die Regierungsgeschäfte. Viel wichtiger waren ihm die Jagd und seine Offizierslaufbahn im kaiserlichen Heer. 1697 heiratete er Johanna Elisabeth von Baden-Durlach in einer badisch-württembergischen Kreuzheirat – seine Schwester Magdalena Wilhelmina vermählte sich mit dem späteren Markgrafen Karl III. Wilhelm von Baden-Durlach, den Bruder Johanna Elisabeths.
Als die Ehe ihren Zweck zum Fortbestand der Dynastie erfüllt hatte und 1698 der württembergische Erbprinz Friedrich Ludwig geboren war, wandte sich Eberhard Ludwig von seiner Ehefrau ab und widmete sich anderen Frauen.
In den folgenden Jahren hielt sich Eberhard Ludwig häufig außerhalb seines Landes auf. Im Spanischen Erbfolgekrieg gelang es ihm, seine Karriere im kaiserlichen Heer mit der Ernennung zum Oberbefehlshaber über die Rheinarmee zu krönen.
Gleichzeitig widmete er sich in Württemberg seinem liebsten Großprojekt: Schloss und Stadt Ludwigsburg. 1704 begann er mit dem Bau des Schlosses, das von einem Jagdschloss in mehreren Stufen zum württembergischen Residenzschloss ausgebaut wurde und mit seinen ausgedehnten Parkanlagen heute eine der größten barocken Schlossanlagen in Deutschland ist.
1709 verlegte Eberhard Ludwig seine Residenz vom Stuttgarter (Alten) Schloss in den Ludwigsburger Neubau. Außerdem verlieh der Herzog dem Ort Ludwigsburg, der aus einer kleinen Siedlung am Schloss unter bewusster Förderung des Herzogs entstanden war, die Stadtrechte. 1724 wurde das Ludwigsburger Schloss alleinige Residenz für Württemberg, drei Jahre später verlegte Eberhard Ludwig zusätzlich noch den Regierungssitz von Stuttgart nach Ludwigsburg.
Damit war Eberhard Ludwig einerseits der Gründer einer neuen Hauptstadt und einer der prunkvolleren barocken Residenzen im Heiligen römischen Reich deutscher Nation. Andererseits eröffnete er für die Stadt Stuttgart ein Zeitalter, in dem die angestammte württembergische Hauptstadt, die diesen Status seit dem 14. Jahrhundert innegehabt hatte, diesen zunächst verlor und dann immer wieder von neuem darum kämpfen musste. Für die folgenden fünfzig Jahre wechselte vor allem die Residenz mehrfach zwischen Stuttgart und Ludwigsburg. Als Eberhard Ludwig 1733 starb, wurde Stuttgart von seinem Nachfolger Karl Alexander wieder zur Haupt- und Residenzstadt gemacht. Endgültig verlegte erst Herzog Karl Eugen die Residenz 1775 wieder nach Stuttgart.
Nachdem sich Eberhard Ludwig 1698 von seiner Frau Johanna Elisabeth abgewandt hatte, folgte eine Mätresse der anderen. Dies änderte sich erst wieder 1706, als Christina Wilhelmina von Grävenitz in sein Leben trat. Sie war ihrem Bruder aus Mecklenburg an den württembergischen Hof gefolgt und konnte sich dort über zwanzig Jahre als Mätresse halten. In einer Zeit, in der sich an den europäischen Höfen die Mätressen in sehr schneller Folge ablösten, ist die geradezu eheähnlich lange Zeit bemerkenswert. Ein Jahr nach ihrem Kennenlernen heiratete Eberhard Ludwig sogar seine Mätresse – obwohl er immer noch mit Johanna Elisabeth verheiratet war. Auf massive Proteste von Geheimem Rat und Konsistorium, des Markgrafen Karls III. Wilhelm von Baden-Durlach – seines Schwagers – und Kaiser Josephs I. wurde die Ehe 1708 wieder annulliert und die Grävenitz des Landes verwiesen.
Zunächst folgte ihr Eberhard Ludwig in ihre Verbannung in die Schweiz, dann aber wurde sie mit dem verarmten schlesisch-böhmischen Grafen Johann Franz Ferdinand von Würben verheiratet. In einem etwas ungewöhnlichen Ehevertrag erhielt der neue Ehemann den Titel und lukrativen Posten des württembergischen Landhofmeisters, zugleich aber das Verbot, jemals das Land Württemberg zu betreten oder die Ehe mit der Grävenitz zu vollziehen. Durch diese Scheinehe mit dem nun höchsten württembergischen Beamten konnte die Grävenitz – nun als Gräfin Würben – wieder an den Hof in Ludwigsburg zurückkehren und an der Seite des Herzogs ihren Platz als offizielle Mätresse einnehmen. Die verlassene Ehefrau Johanna Elisabeth musste in Stuttgart bleiben, der Scheinehemann Graf Würben lebte in Wien.
Der Grävenitz gelang es in den folgenden Jahren, eine eigene Klientel in Württemberg aufzubauen. Sie installierte Verwandte und Vertraute in Politik und Verwaltung, erreichte mehrere Standeserhöhungen für sich und ihre Familie und sammelte geradezu Besitzungen in Württemberg. Auf die Politik in Württemberg entwickelten sie und ihre Familie einen massiven Einfluss.
Erst 1731 wurde sie von Eberhard Ludwig verstoßen. Der Erbprinz Friedrich Ludwig kränkelte, der Sohn des Erbprinzen war 1719 bereits im Alter von etwa sechs Monaten gestorben. Um die katholische Nachfolge seines Cousin Karl Alexander zu verhindern, versöhnte sich Eberhard Ludwig mit seiner Ehefrau Johanna Elisabeth, die aber trotz aller Bemühungen im Alter von über fünfzig Jahren nicht mehr schwanger wurde.
Als Eberhard Ludwig im Oktober 1733 starb, hatte er keine überlebenden männlichen Nachkommen. Damit ging die Regierung auf die württembergische Linie Winnental über und der katholische Karl Alexander wurde regierender Herzog von Württemberg.