Ngài sinh năm 1756 tại họ Bút Quai thuộc xứ Bút Đông, địa phận Tây Đàng Ngoài, nay thuộc về Tổng giáo phận Hà Nội. Ngay từ lúc còn nhỏ, Ngài đã dâng mình cho Chúa, xin tu học ở Phú Đa và Kẻ Bào rồi về học triết và thần học ở Sở Yên Duyên gần Thăng Long. Sau khi hoàn tất chương trình triết và thần học, Ngài lãnh chức linh mục dưới thời Tây Sơn. Lãnh chức linh mục rồi thì Đức Cha sai đi giúp xứ Nam Sang sáu tháng, xứ Song Nương mười năm rồi về giúp cha già Liêm xứ Kẻ Vồi cho tới năm 1828 khi Đức Cha Longer Gia chia xứ Kẻ Vồi làm hai thì Ngài nhận xứ mới là Kẻ Sở cho đến ngày bị bắt. Trong suốt thời gian dài phục vụ Giáo Hội và.thi hành mục vụ tại nhiều nơi, đâu đâu người ta cũng đều ca ngợi Ngài là một linh mục thánh thiện rất đặc biệt, tính tình ôn hoà, hiền lành vui vẻ, dễ thương, lại có lòng bác ái, thương yêu những kẻ nghèo khó, ốm đau bệnh tật. Ngài thường đi thăm viếng những người già yếu, ốm đau hay gia đình có những chuyện buồn phiền. Ngài không hề làm mất lòng ai bao giờ, với hết mọi người lúc nào Ngài cũng đều tỏ ra khiêm tốn, kính trọng. nên dù người lương hay giáo tất tất đều kính phục và trọng vọng Ngài. Quả thật Ngài đã nêu gương sáng chói chang về nghĩa vụ phục vụ của một linh mục, về lòng đạo đức, về nếp sống thanh bạch, về sự nhiệt tâm phục vụ các linh hồn và lòng kính yêu đặc biệt đối với Thiên Chúa và Đức Mẹ.
Những nhân chứng đồng thời với Ngài kể lại rằng lúc cầu nguyện Ngài ngửa mặt lên trời như xuất thần. Khi dâng lễ Ngài rất trang nghiêm, khoan thai và cung kính đặc biệt. Ngài thường khuyên bảo giáo dân rằng: “Cử hành thánh lễ Misa là một việc cao trọng nhất trên trần gian. Không có gì đáng để chúng ta phải cử hành thánh lễ cách vội vã. Việc thờ phượng Chúa cần phải làm cho trang nghiêm sốt sắng”.
Nhờ lòng đạo đức sốt sắng và những nhân đức đặc biệt của Ngài mà làm việc mục vụ ở đâu Ngài cũng thành công, lôi cuốn được nhiều người đến với Chúa và ở đâu Ngài cũng chiếm được sự quí mến và trọng kính nơi mọi người
Trường hợp Ngài bị bắt cũng là một chuyện đặc biệt và bản án tử hình vì đạo cũng là một điều từ quan tới quân rất nhiều người ái ngại và lo sợ. Bởi vì trước tuổi tác và phong cách “chững chạc” của Ngài, mọi người đều kính phục Ngài như người cha trong gia đình. Quan cũng như lính phải canh gác Ngài đều xưng hô gọi Ngài là Cụ. Nhưng họ miễn cưỡng phải xử Ngài, chỉ vì sắc lệnh của vua và bản án của triều đình truyền xuống.
Sự việc Ngài bị bắt đã diễn ra như sau: Tại phố Vồi lúc bây giờ có hai người ngoại giáo tên là bá hộ Kiểng ở làng Bún và ký lục Cang đang chờ ngày xử vì phạm pháp. Họ muốn lập công để chuộc tội nên đi tố cáo bắt cha Loan, mong sẽ được xóa án. Thế là tối ngày 10 tháng 1 năm 1840 lúc cha đang ở Kẻ Chuôn vừa dùng cơm tối xong thì bá hộ Kiểng và ký Cang giả làm khách đến thăm cha. Cha pha trà mời uống rồi họ ngon ngọt mời cha xuống thuyền để về làng Kẻ Bún. Cha đồng ý xuống thuyền, thế là họ bắt được Cha. Biết tin bá hộ Kiểng và ký Cang đã bắt Cha, giáo dân liền đến xin chuộc bá hộ Kiểng đòi hai ngàn quan. Nhưng ký Cang không chịu vì muốn đem nộp Cha để chuộc tội với quan. Thế rồi hai người bàn tính giải Cha lên huyện Phú Xuyên nộp cho quan huyện. Vì không muốn làm khổ Cha nên quan huyện không nhận. Họ lại phải đưa Cha về Hà Nội. Vừa tới công đường, quan đầu tỉnh chỉ thẳng mặt hai ông và mắng: “Quân dại dột. Sao bay đang tâm bắt người hiền lành đạo đức, già nua đáng tuổi cha ông chúng bay thế này”. Nhưng vua ra lệnh cấm đạo và việc Cha Loan bị bắt đã công khai nên quan đành phải ra lệnh giữ Cha lại. Khi trao Ngài cho bọn lính, quan dặn họ phải xử sự tử tế, không được phép đánh đập, gông cùm, xiềng xích, người nào tới thăm nuôi, phải để Ngài được tự do tiếp nhận.
Khi ra hầu toà, các quan xử sự với Ngài rất lịch sự, kính trọng mái râu tóc trắng bạc, rất chững chạc của Ngài. Không hề đánh đập, tra tấn hay nói những lời lẽ xúc phạm tới Ngài. Các quan chỉ hỏi sơ về lý lịch và dụ ngài bước qua Thánh Giá mà thôi. Đáp lại, Ngài cũng khiêm tốn, nhã nhặn thưa lại:
- Các linh mục nuôi dưỡng giúp đỡ tôi và Đức Cha truyền chức linh mục cho tôi thì già và chết cả rồi. Địa chỉ thì tôi nay đây mai đó, nơi nào không chứa, tôi ẩn vào chùa nọ đình kia. Riêng viêc quá khóa thì thưa các quan, tôi là đạo trưởng làm sao tuân hành điều đó được? .
Khi quan hỏi sao lại theo đạo ngoại quốc thì Ngài trả lời:
- Tôi chẳng theo Chúa của nước nào cả. Tôi chỉ thờ Chúa trời đất, Chúa của muôn dân mà thôi.
Trong nhà giam, Ngài được tự do gặp gỡ những người tới thăm. Thấy Ngài già yếu hay ốm đau, viên cai ngục trình và xin phép quan cho một người tín hữu họ đạo Chuôn Trung được phép tự do ra vào giúp đỡ Ngài. Biết chắc là thế nào Ngài cũng phải xử vì tội không chịu bước qua Thánh Giá và bỏ đạo nên mấy giáo xứ Ngài đã coi sóc trước đến xin Ngài làm tờ di chúc cho phép họ được nhận xác Ngài về an táng tại xứ đạo của mình. Nhưng Ngài cười và nói:
- Xác tôi cũng là tro bụi, chết rồi cũng tanh hôi cho giòi bọ rúc rỉa, các ông xin làm chi.
Thế rồi Ngài cũng ký giấy trao thi thể cho họ Chuôn Trung, xứ Kẻ Chuôn theo ý họ xin.
Mặc dầu rất quí trọng và thương mến Cha nhưng lại sợ vua Minh Mạng và biết chắc chắn Cha Vũ Bá Loan không bao giờ bỏ đạo nên quan đau buồn làm án xử trảm và vua Minh Mạng phê chuẩn.
Thế là đúng ngày 5 tháng 6 năm 1840, quan lính thấy Ngài già yếu và cũng vì quí mến Ngài nên đã tình nguyện cáng Ngài ra pháp trường. Nhưng Ngài chân thành cám ơn từ chối không ngồi cáng. Quan Giám Sát cỡi ngựa thấy Cha đi bộ cũng xuống ngựa đi bộ với Cha tới cửa Ô Cầu Giấy là nơi thi hành án lệnh vua.
Tới pháp trường, quan nhã nhặn nói với Cha:
- Cụ muốn làm gì thì làm.
Người chiến sĩ Đức Tin can trường bình tĩnh quì gối sốt sắng cầu nguyện rồi sẵn sàng đưa hai tay cho lý hình trói vào cọc. Nhưng một chuyện hy hữu xẩy ra khiến mọi người vô cùng bỡ ngỡ. Đó là đôi lính 10 người được chỉ định thi hành việc trảm quyết Ngài đều sợ hãi bỏ trốn hết! Có lẽ vì uy tín của Cha, vì tuổi tác của Cha và nhất là vì phong cách thánh thiện hiền hoà của Cha mà họ sợ sau khi chết, hồn Cha sẽ về trả thù họ. Sau cùng viên quan Giám Sát phải chỉ định một người lính gốc Miền Nam tên là Minh thi hành án lệnh. Anh lý hình Minh vì miễn cưỡng phải tuân lệnh quan nên anh đã run rẩy đến quì lạy Cha và nói:
- Cháu lạy Cụ, việc vua truyền chúng cháu phải làm, xin Cụ tha lỗi cho, cháu sẽ cố giúp Cụ chết êm ái. Khi Cụ về Trời, xin Cụ nhớ đến cháu nhé!
Chiêng trống nổi lên, anh lý hình bất đắc dĩ vung gươm chém một nhát đứt cổ. Vị thánh anh hùng hân hoan về với Chúa. Các tín hữu đứng đông đảo khóc lóc, chen chúc nhau vào thấm máu đấng thánh và dân xứ Kẻ Chuôn đến xin nhận xác rước về an táng tại xứ Đạo của mình như tờ di chúc của Ngài.
Ngày 27 tháng 5 năm 1900 Đức Giáo Hoàng Lêô XIII đã tôn phong Ngài lên bậc Chân Phước và ngày 19 tháng 6 năm 1988 Đức Giáo Hoàng Gioan Phaolô II đã nâng Ngài lên hàng Hiển Thánh Tử Đạo Việt Nam.
