Luciano Burti commence le karting à l'âge de seize ans et remporte le championnat d'Amérique du Sud en 1994. Il s'exile ensuite en Angleterre où il dispute le championnat national de Formule 3 dont il finit vice-champion en 1998.

En 1999, il devient pilote d'essai chez Stewart et conserve son poste pour 2000 à la suite du rachat de l'équipe par Jaguar. Au Grand Prix d'Autriche, il remplace au pied levé Eddie Irvine, malade, et termine onzième lors de sa première course, après une course sans histoire.

En 2001, Luciano obtient le poste de titulaire aux côtés d'Irvine chez Jaguar, mais après quatre courses sans grand relief, il rejoint Prost GP pour remplacer Gaston Mazzacane. Son passage chez Prost GP est globalement médiocre, mais il faut tout de même signaler qu'il se qualifie devant son expérimenté coéquipier Jean Alesi pour sa première course avec l'équipe, en Espagne. La suite est malheureusement bien plus terne, et Luciano se fera surtout remarquer par deux grosses collisions.

Au Grand Prix d'Allemagne, il s'envole au départ sur la Ferrari de Michael Schumacher qui est au ralenti, part en tonneaux au-dessus du peloton, heurte l'Arrows d'Enrique Bernoldi avant d'échouer dans le mur de pneus. Un mois plus tard, lors du Grand Prix de Belgique, il est gravement accidenté. Au cinquième tour de l'épreuve, il s'accroche violemment avec Eddie Irvine dans le très rapide virage de Blanchimont et sa voiture s'encastre dans le mur de pneus tel un boulet de canon. Sérieusement sonné, il est contraint de mettre un terme à sa saison après ce choc.

De 2002 à 2004, Luciano est second pilote d'essais de Ferrari et contribue aux succès de la Scuderia. Cependant, il est remercié au profit de Marc Gené pour la saison 2005.

De 2005 à 2018, il court dans le championnat brésilien de Stock Car sans vraiment briller, n'obtenant que quelques victoires.