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 ce fut le cas pour d'autres garçons de la VR46 Riders Academy. Il courra également dans l'équipe officielle Honda Repsol en MotoGP en 2025. Luca est également l'un des meilleurs pilotes du Ranch, souvent associé à Valentino dans les courses d'endurance.