Luke Browning fait ses débuts en course automobile en 2016 en participant au Junior Saloon Car Championship au Royaume-Uni, où il remporte une course.

Il passe ensuite au championnat Ginetta Junior, qu'il termine à la troisième place en 2018. En 2019, il participe au championnat de F4 britannique et termine à la sixième place avec deux victoires. L'année suivante, il rejoint l'écurie Fortec et remporte sept victoires, décrochant ainsi le titre. En 2021, il participe au championnat GB3, qu'il remporte en 2022. Cette année-là, il reçoit l'Aston Martin Autosport BRDC Award.

En 2023, il rejoint ensuite Hitech pour participer au championnat FIA de F3, mais ne réalise qu'un seul podium et se classe 15e. Il remporte toutefois la victoire lors du prestigieux Grand Prix de Macao. En avril 2023, il intègre Williams Driver Academy.

En 2024, il participe de nouveau au championnat de F3. Il reste en lice pour le titre jusqu'à la dernière manche en Italie, mais termine finalement troisième du championnat avec deux victoires. Il fait ses débuts en F2 chez ART Grand Prix pour les trois dernières manches du championnat, en remplacement de Zak O'Sullivan. En fin de saison, il est invité par Williams à participer aux essais libres du Grand Prix d'Abou Dhabi au volant de la FW46.