Demi-frère de Valentino Rossi, Luca Marini a d’abord fait ses armes en CIV. Quatrième de la catégorie Moto3™ en 2013, ce dernier part ensuite à la conquête du CEV Moto3™. L’Italien n’y restera qu’un an, pour aller courir en Championnat d’Europe Moto2™. Le transalpin y terminera cinquième du général. Luca Marini, qui avait fait deux apparitions sur la scène internationale à Misano, est finalement titularisé chez Forward Team en 2016 dans le cadre du mondial Moto2™. Il y signe ses premiers points et un Top 6 en Allemagne. En 2017, Luca Marini continue avec la même équipe, mais après une première partie de saison prometteuse, il s’éclipse quelque peu. Quinzième, le transalpin rejoint alors le Sky Racing Team VR46 et son compteur se débloque avec cinq podiums, dont une victoire à Sepang, qui lui permettent de remonter au septième rang.
En 2019, il en inscrit quatre autres, avec en point d’orgue ces triomphes à Buriram et Motegi. Une ascension trop tardive, mais il se montrera bien plus incisif lors de la campagne suivante… au point même de disputer le titre jusqu’à Portimão. Au bout du compte, il arrivera vice-Champion derrière Enea Bastianini, qu’il retrouvera justement chez Reale Avintia Racing à compter de 2021. Il hissera sa structure à deux reprises parmi les dix premiers, avec notamment cette belle cinquième place en Autriche. En 2022, il intègre le tout nouveau VR46 Racing Team et poursuit sa progression, se classant 12e du général en terminant notamment quatrième au Red Bull Ring ainsi qu'à Saint-Marin. L'année d'après, le n°10 passe un nouveau cap puisqu'il décroche ses premiers podiums en MotoGP™ à Austin et au Qatar ainsi que ses premières pole positions, en Indonésie et au Qatar. Le pilote italien termine la campagne 2023 à la huitième place et s'attaque à un nouveau défi dans le team d'usine Honda pour 2024. Sur une moto bien moins rapide que la Ducati, le n°10 est à la peine mais connaît une belle fin de saison marquée par des 12e places en Émilie-Romagne et en Thaïlande. Le constructeur de Hamamatsu a fait des progrès, ce qui est de bonne augure pour Luca Marini en 2025.