Nato a Roma nel 1984, nel 2009 si diploma all'Accademia Nazionale D'Arte Drammatica "Silvio D'Amico". La sua carriera di attore comincia nel 2006. Da quel momento conquista parti in varie rappresentazioni teatrali. Collabora con M. Monetta in Fantasia arlecchina (2009) e con C. Cecchi in Sogno di una notte di mezz'estate (2009/2010). Durante una replica di questo spettacolo il regista Saverio Costanzo lo nota e lo sceglie per la parte di Mattia, protagonista de La solitudine dei numeri primi (2010), ruolo con cui ...visualizza tutto vince il Premio Rivelazione Tertio Millennio Film Fest. Nel 2011 è in concorso al Festival di Venezia con L’ultimo terrestre (regia di GIPI), per poi dividersi fra il set di Waves (di Corrado Sassi) e quello di Nina di Elisa Fuksas,in concorso, nel 2012, al Festival Internazionale del Cinema di Tokyo. Nello stesso anno affianca Paz Vega nel film- TV Maria di Giacomo Campiotti.Nel 2012 è protagonista del film di Paolo Virzì Tutti i santi giorni. Il Festival di Trieste Maremetraggio (che ogni anno seleziona il giovane attore più promettente del panorama italiano) ha appena annunciato che il prossimo Giugno 2013 dedicherà una prospettiva proprio a Luca Marinelli.