Syntynyt: 27. syyskuuta 1976 Kansalaisuus: italialainen
Perhe: naimisissa, kaksi tytärtä
Harrastukset: sukellus, lumilautailu, laskuvarjohyppy, voimaharjoittelu ja uinti. Muita kiinnostuksen kohteita ovat lukeminen ja musiikki.
Luca on suorittanut poliittisten tieteiden kandidaatin tutkinnon ja valmistui vuonna 2000 Italian ilmavoimien akatemiasta Italiassa. Vuonna 2009 hän suoritti kokeellisen lentotestaustekniikan maisterintutkinnon Institute Superieure de l’Aeronautique et de l’Espace (ISAE) -korkeakoulussa Ranskassa.
Vuonna 2007 Italian ilmavoimat valitsivat Lucan koelentäjäksi. Hän suoritti kokeellisen koelentäjän koulutuksen Ranskan koelentäjäkoulussa.
Parmitano on kapteeni Italian ilmavoimissa. Hänellä on takanaan yli 2000 lentotuntia, hänellä on lentolupa yli 20 eri sotilaslentokone- ja helikopterimallille, ja hän on lentänyt yli 40 eri lentokonetyyppiä.
Luca valittiin ESA:n astronautiksi toukokuussa 2009. Helmikuussa 2011 hänet nimitettiin ensimmäisenä kurssikaverinaan lentoinsinööriksi pitkäkestoiselle lennolle Kansainväliselle avaruusasemalle (ISS).

Hän lähti matkaan Sojuz-raketilla Baikonurista, Kazakstanista, 28. toukokuuta 2013 yhdessä NASA:n Karen Nybergin ja Venäjän avaruusviraston Fjodor Jurtšikinin kanssa. Heidän Sojuz TMA-09M -avaruusaluksensa telakoitui avaruusasemaan neljän maankierroksen jälkeen, vain viisi tuntia ja 39 minuuttia laukaisun jälkeen. Heitä toivottivat tervetulleiksi avaruusasemalla jo oleskelevat miehistön jäsenet – venäläiset Pavel Vinogradov ja Alexander Misurkin sekä NASA:n Chris Cassidy.
Lucan ‘Volare’-tehtävän aikana – ‘Volare’ tarkoittaa italiaksi ”lentää” – hän kiersi Maata 2 656 kertaa ja matkusti yli 110 miljoonaa kilometriä. Lentoinsinöörinä hän osallistui ESA:n neljännen automaattisen siirtoaluksen, Albert Einsteinin, telakoitumiseen ja vastasi yli 1 400 tavaran purkamisesta, jotka huoltoalus oli tuonut mukanaan. Hän oli myös tiiviisti mukana muiden huoltoalusten, kuten Japanin HTV:n ja SpaceX:n Dragonin, telakoitumisessa.
Luca käytti paljon aikaa tieteelliseen tutkimukseen, korjaustöihin ja koulutustoimintaan. Monet ihmiset nauttivat hänen Twitteriin julkaisemistaan kauniista kuvista Maasta.
Hänen tehtävänsä muita kohokohtia olivat kaksi avaruuskävelyä, joiden aikana vaihdettiin Japanin Kibo-laboratorioon asennettu kamera ja haettiin tieteellisiä laitteita. Kun Luca leijui ISS:n ulkopuolella 6. heinäkuuta, hänestä tuli ensimmäinen avaruuskävelyn tehnyt italialainen. Toinen avaruuskävely jouduttiin keskeyttämään, kun hänen kypäränsä täyttyi vedellä ja hänen piti löytää tie takaisin sisälle ilman viestintäyhteyttä. Hänen rauhallisuutensa, koulutuksensa sekä muiden astronauttien ja lennonjohdon apu pelastivat tilanteen.
Hän palasi Maahan 10. marraskuuta vietettyään avaruudessa 166 päivää.