Luis Perez-Sala commence par le karting, puis passe aux courses de voitures de production en 1982. En 1983, il se classe deuxième de la Coupe européenne Alfasprint. L'année suivante, il passe à la Formule 3 et termine le championnat d'Europe à la dixième place, avec une deuxième place comme meilleur résultat. En 1985, il remporte une victoire dans le championnat de Formule 3 d'Italie et se classe septième au classement final.
En 1986, il gravit un échelon supplémentaire et participe au championnat de Formule 3000. Il se classe quatrième du championnat avec deux victoires et une pole position à son actif. En 1987, il remporte à nouveau deux victoires en F3000 et se classe deuxième du championnat, derrière Stefano Modena.
En F1 avec Minardi
Il fait ses débuts en Formule 1 en 1988 au sein de l'écurie italienne Minardi. Il dispose de la Minardi M188, propulsée par un moteur V8 Ford Cosworth. Lors de la manche d'ouverture au Brésil, il se qualifie en 20e position et abandonne après la casse d'un support d'aileron. Lors du Grand Prix de Saint-Marin, il franchit la ligne d'arrivée à la onzième place. Après un abandon à Monaco, il se classe onzième au Mexique, puis treizième au Canada. Il abandonne à deux reprises et termine non classé lors des trois manches suivantes. Il est non qualifié en Allemagne, puis termine à une honorable dixième place en Hongrie. Il est de nouveau non qualifié en Belgique, puis abandonne en Italie. Il termine à une belle huitième place au Portugal, puis à la douzième place lors de son épreuve nationale sur le circuit de Jerez. Il se classe quinzième au Japon, puis abandonne en Australie, sans avoir marqué le moindre point de l'année.
Il poursuit son engagement avec Minardi pour la saison 1989 et entame le championnat avec une version améliorée de la monoplace de l'année précédente, la M188B. Les trois premières épreuves sont marquées par une série d'abandons. A partir du Grand Prix du Mexique, l'écurie engage la nouvelle M189, mais l'Espagnol ne parvient pas à se qualifier. Après deux abandons aux Etats-Unis et au Canada, il échoue à se qualifier en France. Le point marquant de sa carrière se situe lors du Grand Prix de Grande-Bretagne, sur le circuit de Silverstone. Après s'être qualifié en quinzième position lors de la séance de qualifications, il profite des incidents de course pour franchir la ligne d'arrivée au sixième rang. Ce résultat lui permet d'inscrire son unique point en Formule 1. Il termine les trois manches suivantes hors des points, puis abandonne à deux reprises à la suite d'accrochages. Lors de la dernière manche de la saison, en Australie, il ne parvient pas à se qualifier. Malgré ce point historique inscrit pour l'Espagne, il ne trouve pas de volant pour la saison 1990.
L'après-F1
Il court ensuite dans le championnat d'Espagne de voitures de tourisme. Il rejoint l'écurie d'usine Alfa Romeo et devient rapidement l'une des références de la discipline en Espagne. En 1991, il décroche son premier titre de champion d'Espagne au volant d'une Alfa Romeo 75. Il réitère cette performance en 1993 en remportant un second titre national, cette fois aux commandes de l'Alfa Romeo 155. Durant la décennie 1990, il poursuit ses engagements dans les compétitions de tourisme et de grand tourisme. Il met un terme à sa carrière de pilote professionnel au début des années 2000 pour se consacrer à des fonctions de conseil et de gestion dans le sport automobile espagnol.
Il exerce une influence notable en tant que mentor, notamment auprès de Fernando Alonso lors de ses débuts dans les catégories de promotion de monoplaces. Grâce à son expertise technique et à son expérience du haut niveau, il assume des responsabilités de direction d'équipe. En décembre 2011, il effectue un retour officiel en Formule 1 en étant nommé directeur de l'écurie espagnole HRT Formula 1 Team. Il dirige la structure durant toute la saison 2012, supervisant le volet sportif et technique, jusqu'à la cessation d'activité de l'équipe, fin 2012.
Il occupe ensuite des fonctions de consultant et de commentateur technique pour les médias espagnols lors des retransmissions des Grands Prix du championnat du monde. Il participe également ponctuellement à des épreuves historiques et reste impliqué dans le développement du sport automobile en Espagne, à travers diverses instances consultatives.
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