Sa carrière de pilote, avec un grand frère comme Valentino Rossi, ne pouvait que commencer très tôt. À 5 ans, il était déjà sur une mini-moto et, de course en course, de classe en classe, en 2016, il a fait ses débuts en Championnat du Monde, tout cela sans jamais négliger ses études. Son physique l'a contraint à faire ses débuts en championnat du monde dans la catégorie Moto2, comme d'autres pilotes de la VR46 Riders Academy. En 2024, il pilotera pour l'équipe officielle Honda Repsol en MotoGP. Luca est également l'un des pilotes Ranch les plus rapides, souvent associé à Valentino dans les courses d'endurance.