La sua carriera da pilota, con un fratello maggiore come Valentino Rossi, non poteva che iniziare prestissimo. A 5 anni era già su una mini moto e, di gara in gara, di classe in classe, nel 2016 è arrivato l’esordio nel mondiale, tutto questo senza mai trascurare gli studi. Il fisico gli ha imposto il un esordio mondiale dalla classe Moto2, com’è successo ad altri ragazzi della VR46 Riders Academy . Per il terzo anno consecutivo farà parte dello SKY Racing Team VR46 con il quale ha chiuso un 2018 davvero positivo con 5 podi e una vittoria in Malesia, a Sepang. Nel 2019 ha ottenuto due vittorie e ora ambisce ad essere fra i protagonisti della Moto2. Luca è anche fra i top riders del Ranch , uno dei più veloci, spesso in coppia con Valentino nelle gare Endurance.