Nato nel 1984, Luca Marinelli si è diplomato all’Accademia Nazionale d’Arte Drammatica “Silvio D’Amico”, dove si è esibito in Sogno di una Notte d’Estate diretto da Carlo Cecchi.
La sua performance fu notata da Saverio Costanzo, che lo scelse come coprotagonista del suo film La Solitudine dei Numeri Primi, dal romanzo di Paolo Giordano. Il film fu presentato in Concorso alla 67esima edizione della Mostra internazionale d’Arte Cinematografica di Venezia.
Nel 2011 ha interpretato il ruolo di Roberta nel film L’ Ultimo Terrestre di GIPI, anche questo presentato, ancora in Concorso, al Festival di Venezia.
Nello stesso anno, inoltre, ha preso parte ai film Waves, diretto da Corrado Maria Sassi, Nina (di Elisa Fuksas) e al film per la TV Maria di Nazaret diretto da Giacomo Campiotti.
Nel 2012 era protagonista nel film Tutti i Santi Giorni di Paolo Virzì, per il quale è stato nominato come miglior attore protagonista ai David di Donatello.
Ha poi preso parte al film Premio Oscar La Grande Bellezza, diretto da Paolo Sorrentino.
Nel 2013 ha ricevuto dalla European Film Promotion lo Shooting Star Award al Festival di Berlino, assegnato ai dieci migliori giovani talenti del cinema europeo.
Quello stesso anno ha poi recitato nel film di debutto di Alessandro Lunardelli Il Mondo Fino in Fondo, presentato alla Festa del Cinema di Roma.
Nel 2014, la sua interpretazione nel film Lo chiamavano Jeeg Robot diretto da Gabriele Mainetti gli è valsa diversi importanti riconoscimenti, fra cui il Ciak d’Oro, il Nastro d’argento e il David di Donatello come miglior attore non protagonista.
La sua carriera in ruoli per la TV continua nel 2014 con A Dangerous Fortune, diretto per il mercato tedesco da Christian Schwochow.
Nel 2015 era il coprotagonista del film di Claudio Caligari Non Essere Cattivo, presentato Fuori Concorso alla 72nd Mostra del Cinema di Venezia. Grazie alla sua interpretazione nel film ha fatto sua la seconda candidatura ai David di Donatello.
Quello stesso anno era nel cast di Tutto per una Ragazza, diretto da Andrea Molaioli, e di Lasciati Andare di Francesco Amato, per cui ha vinto il Ciak d’Oro come miglior attore non protagonista.
Nel 2016 Luca Marinelli è stato coprotagonista nel film di Fabio Mollo Il Padre d’Italia, che gli è valso una nomination ai Globi d’Oro e ai Nastri d’Argento; ha recitato poi nel film dei Fratelli Taviani Una questione Privata, adattamento dell’omonimo romanzo di Beppe Fenoglio, ruolo per il quale ha vinto il Globo d’Oro come miglior attore. Nello stesso anno ha recitato nel film di Valerio Mastandrea Ricordi, presentato alle Giornate degli autori al Festival di Venezia, e ha interpretato Fabrizio de Andrè nella miniserie Fabrizio De Andrè – Principe libero, con cui ha fatto sua un’altra nomination ai David di Donatello.
Nel 2017 era nel cast della serie TV Trust, diretta dal Premio Oscar Danny Boyle, e due anni dopo (2019) ha diviso il set con Charlize Theron nell’action The Old Guard, diretto da Gina Prince-Bythewood. Nello stesso anno ha prestato la sua voce per l’audiobook del romanzo “Lamento di Portnoy” di Philip Roth, per Emons audiobooks.
Nel 2018 ha recitato nel film Martin Eden, tratto dal romanzo di Jack London e diretto da Pietro Marcello. Il film è stato presentato alla 76esima Mostra del Cinema di Venezia dove si è aggiudicato la prestigiosa Coppa Volpi per il miglior attore, e ha ricevuto una nomination al premio come miglior attore protagonista agli European Film Awards.
Nel 2019 è stato il protagonista di Diabolik dei Manetti Bros.
Nel 2020 ha fatto parte della giuria internazionale della 70esima Berlinale, presieduta da Jeremy Irons.
Nel 2022 Luca Marinelli è il coprotagonista di Le otto montagne, diretto da Felix Van Groeningen e Charlotte Vandermeersch, dal romanzo omonimo di Paolo Cognetti vincitore del Premio Strega 2018. Il film è stato presentato in concorso per la Palma d’Oro al 75esimo Festival di Cannes.
Testo dagli Uffici Stampa Sky e The Apartment Pictures.