У 13 років Тоні потрапив до молодіжного складу Модени, де грав протягом чотирьох років. Тренував команду відомий у минулому гравець збірної Бразилії, чемпіон Італії у складі «Ювентусу» Чінезіньо.
Професійні виступи за дорослу команду Лука розпочав в 1994 році в серії C1 у складі «Модени». В семи матчах сезону 1994—95 років йому вдалося відзначитися двічі. Після ще одного сезону у складі Модени Лука переходить до «Емполі», що на той час виступав у серії B. Два наступних сезони він провів знову у командах із серії C1. В сезоні 1999—2000 років він потрапляє до складу команди з серії B«Тревізо» і забиває за сезон 15 м'ячів у чемпіонаті та один у кубку Італії. Такі успіхи були помічені, і з 2000 по 2003 роки Тоні виступає у довгоочікуваній Серії A, забивши за цей період 24 голи. Наступною сторінкою в біографії Луки можна вважати виступи у складі «Палермо», в якому він зіграв два сезони. Спочатку був сезон у серії B, яку виграв «Палермо», а Тоні став найкращим бомбардиром першості, на один м’яч випередивши Крістіано Лукареллі з «Ліворно». А в серії А йому вдалося забити одразу 20 м'ячів, чим він звернув на себе увагу скаутів «Фіорентини», за яку і виступав два наступні сезони. За цей час у складі флорентійців Тоні відзначився в чемпіонаті 47 забитими голами.
Після такого успіху Луку до свого складу запросила легендарна мюнхенська «Баварія», підписавши з італійцем п'ятирічний контракт. Уже в перший сезон перебування в німецькій команді Лука Тоні зумів стати найкращим бомбардиромпершої німецької Бунделіги і всього лише третім після Марко Негрі й Крістіан Вієрі італійським футболістом, що став найкращим бомбардиром іноземного чемпонату.
Після зміни тренера в Баварії Тоні все рідше став потрапляти до основного складу команди, тому 31 грудня стало відомо, що до кінця сезону 2009—10 років футболіст гратиме в «Ромі» на правах оренди.[2] Свій перший поєдинок за нову команду Лука провів 6 січня в матчі «Роми» проти «Кальярі». А перші голи зумів забити 17 січня в матчі проти «Дженоа», в цій грі Тоні відзначився дублем.
В 2016 році по закінченні футбольного сезону, будучи гравцем італійської «Верони», Лука Тоні офіційно завершив професійну кар'єру футболіста.[3]
Дебют Луки Тоні у складі національної збірної Італії відбувся 18 серпня2004 року у виїзному товариському поєдинку італійців проти збірної Ісландії, в якому господарі перемогли з рахунком 2:0. На той момент Тоні було 27 років. Підтвердити невипадковість свого запрошення до збірної Луці вдалося вже в наступному матчі, що мав статус кваліфікаційного до чемпіонату світу в Німеччині проти збірної Норвегії. В тому поєдинку, що проходив в Палермо, Тоні вдалося забити переможного м'яча, завдяки якому італійці виграли 2:1. В одному з наступних відбіркових поєдинків проти білорусів Тоні вдалося зробити хет-трик. Він став першим гравцем «Фіорентини», котрий зумів забити тричі в одному матчі за збірну Італії.
11 червня2005 року на товариський матч проти збірної Еквадору Лука Тоні був призначений капітаном. В тому матчі, що завершився з рахунком 1:1, Тоні забив свій черговий гол.
На чемпіонаті світу з футболу в Німеччині в 2006 році Тоні дістався 9-й ігровий номер. На чемпіонаті йому вдалося відзначитися двічі в чвертьфінальному поєдинку проти збірної команди України, що дозволило італійцям перемогти з рахунком 3:0 і пройти до наступного раунду. Разом з партнерами після фінального поєдинку проти французів, в якому італійці перемогли за пенальті, Лука став чемпіоном світу.