Luca De Filippo nasce a Roma il 3 giugno del 1948, figlio di Eduardo e della cantante e attrice piemontese Enrichetta Thea Prandi. La sua carriera comincia nel 1955, quando è Peppeniello in Miseria e nobiltà, di Eduardo Scarpetta, diretto dal padre e trasmessa in Tv dal Teatro Odeon di Milano. Da quel momento, come ricorderà lui stesso, il padre lo farà partecipare ad alcune messe in scena scrivendogli brevi battute, permettendogli però di recitare solo negli spettacoli pomeridiani evitandogli così ritardi nei compiti scolastici. A 18 anni in Natale in casa Cupiello interpreta, nel terzo atto, Luigi Pastorelli. Terminati gli studi svolge il servizio di leva alla caserma Macao di Roma. Negli anni partecipa a diverse commedie di Eduardo ma il debutto vero e proprio avviene a vent’anni, quando col nome di Luca Della Porta, è protagonista ne Il figlio di Pulcinella, con Gianni Crosio, regia di Gennaro Magliulo.
Inizia dunque la sua attività teatrale, come attore, aiuto regista, datore di luci e aiuto amministratore. Sempre con la regia di Eduardo, parteciperà – sia in teatro che nella versione televisiva – a: Il contratto, Sabato, domenica, lunedì, Filumena Marturano, Non ti pago!, Il Sindaco del rione Sanità, Napoli milionaria!, De Pretore Vincenzo, Le bugie con le gambe lunghe, Uomo e galantuomo, Natale in casa Cupiello, Gli esami non finiscono mai, Le voci di dentro, Sik-Sik l’artefice magico, Gennareniello, Dolore sotto chiave, Quei figuri di tanti anni fa, Ditegli sempre di sì, Chi è cchiù felice ‘e me, al pirandelliano Berretto a sonagli, a un’opera di Gino Rocca, Scorzetta di limone, a O’ tuono ‘e marzo diVincenzo Scarpetta e ad alcune opere di Eduardo Scarpetta: Cani e gatti, Lu curaggio de nu pumpiero napulitano, ’Na santarella, Tre cazune fortunate e Nu turco napulitane.
Numerose sono anche le sue apparizioni cinematografiche e televisive: è tra gli interpreti, insieme a Helmut Berger di I giovani tigri (1967), regia di Antonio Leonviola; con Carlo Giuffré, della serie televisiva diretta da Mino Guerrini  Quel negozio di piazza Navona (1969). Per la televisione lavora in Petrosenella  e  Le scene di Napoli (1982); è la volta poi della serie Naso di cane, regia di Pasquale Squitieri, con Claudia Cardinale (1985); quindi in Il ricatto, interpretato, tra gli altri, da Massimo Ranieri e Kim Rossi Stuart.
Nel 1981 fonda la Compagnia di teatro di Luca De Filippo; Luca si confronta con autori della tradizione e autori contemporanei: da Molière a Pinter, da Pirandello a Beckett, a Besson. Mette in scena La donna è mobile di Vincenzo Scarpetta e ‘A furtuna di Pulcinella di Pasquale Altavilla, entrambe con la regia di Eduardo De Filippo che però non gli è più accanto sul palcoscenico. Il 20 settembre 1984 nasce la società Elletrentasei che nel 1991 si fonde con l società  Serya di Paolo Donat Cattin dando corpo alla società l’Arte della Commedia. Il 14 giugno 1995 nasce la società Elledieffe. Nel 1990 Luca De Filippo intepreta il film per la TV Sabato, domenica e lunedì (1990), regia di Lina Wertmüller, con Sophia Loren. Nel 1992 partecipa alla versione televisiva, insieme a Lello Arena, di Uscita di emergenza, di Manlio Santanelli; partecipa al film  Come te nessuno mai, regia di Gabriele Muccino (1999) con Anna Galiena. Nel 2010 è tra i protagonisti della miniserie  Mannaggia alla miseria, regia della Wertmüller  (2010) dove interpreta il personaggio di Anacleto Figliola.
Dirige Uomo e galantuomo, Non ti pago, Il contratto, Penziere mieje, nato attorno ad alcune poesie di Eduardo musicate da  Antonio Sinagra,  Ditegli sempre di sì, il Don Giovanni di Molière e, nel 1990, Il piacere dell’onestà di Pirandello con Umberto Orsini. Per la regia di Armando Pugliese interpreta O’ scarfalietto, Ogni anno punto e daccapo,  Questi fantasmi! e Tartufo di Molière.
Particolarmente attento al teatro contemporaneo, è regista e interprete  di La casa al mare di Vincenzo Cerami (1990-’91), protagonista di Tuttosà e Chebestia (1992-’93), regia di Benno Besson, L’esibizionista, (testo e regia di Lina Wertmuller, 1993-94),  L’amante di Harold Pinter (con Anna Galiena, regia di Andrée Ruth Shammah, 1997),  Il Suicida  (libero adattamento di Michele Serra da Nicolaj Erdman, regia di Armando Pugliese, 1999-2000),  Aspettando Godot,  di Samuel Beckett (2001-02). Cura la regia ell’opera scritta da Indro Montanelli Resisté, realizzato in collaborazione con il Teatro Franco Parenti di Milano.
Nel 2002-03 interpreta La palla al piede di Georges Feydeau, con Gianfelice Imparato e Carolina Rosi, regia di Armando Pugliese, curandone, con Carolina Rosi, traduzione e adattamento.
Nell’estate del 2000 prepara la sua prima regia lirica: La scala di seta opera buffa di Gioacchino Rossini, per il Rossini Opera Festival di Pesaro. Nel biennio 2001-2002 dirige ed interpreta, insieme a Umberto Orsini,  L’Arte della commedia, di Eduardo De Filippo.
A maggio del 2003 debutta nel Teatro San Carlo, con la regia di Francesco Rosi, la nuova messa in scena di Napoli Milionaria!, a distanza di quasi sessant’anni dalla prima storica rappresentazione del 25 marzo 1945. Luca interpreta Gennaro Iovine, accanto lui  Mariangela D’Abbraccio e nella successiva stagione Imma Piro. Le repliche si susseguono con grande successo in tutta Italia sino alla primavera del 2006. Nell’ottobre dello stesso anno Francesco Rosi mette in scena al Teatro Argentina Le Voci di dentro. Lo spettacolo, accolto con unanime favore da critica e pubblico, viene replicato per tre stagioni. Terzo allestimento della trilogia su Eduardo realizzata in collaborazione con Francesco Rosi è Filumena Marturano, di cui Luca è interprete con Lina Sastri.
Nel 2008 è presidente della Fondazione De Filippo fortemente voluta da lui e dal Comune di Napoli. Nel 2009 recita in La dodicesima notte e, insieme a Nicola Piovani, presenta al Teatro San Ferdinando di Napoli Padre Cicogna, poema messo in musica per ricordare Eduardo a venticinque anni dalla scomparsa. Nel 2010 torna alla regia con lo spettacolo Le bugie con le gambe lunghe, di cui è anche protagonista principale,  nel 2012 mette in scena La Grande Magia.
A dicembre del 2013, un nuovo spettacolo: Sogno di una notte di mezza sbornia, di Eduardo De Filippo, commedia liberamente tratta da La Fortuna si diverte, di Athos Setti. Al cinema recita in Venuto al mondo, regia di Sergio Castellitto (2012), con Penelope Cruz. Nel 2014 riceve il Premio Simoni per la Fedeltà al Teatro di Prosa Verona e il Premio Flaiano alla carriera. L’inizio del 2015 si apre con le repliche di Sogno di una notte di mezza sbornia.
Accetta l’incarico di dirigere la Scuola di recitazione del Teatro  stabile di Napoli – Teatro Nazionale.
Mette in scena Non ti pago! che sarà la sua ultima regia, mentre l’ultima interpretazione cinematografica sarà il capitano della nave  in La stoffa dei sogni, di Gianfranco Cabiddu, tratto da La tempesta di Shakespeare, nella traduzione in napoletano antico di Eduardo. Luca De Filippo si ammala improvvisamente e muore il 27 novembre a Roma. I funerali si celebrano in forma laica al Teatro Argentina alla presenza di familiari, di amici, di personalità del mondo dello spettacolo e delle istituzioni; del suo pubblico venuto per applaudirlo un’ultima volta.

Misurato e riservato, discreto e schivo, era un appassionato di cucina,  amante del mare e del golf. Nel 2013 sposa Carolina Rosi  sua compagna di vita e di teatro già da più di vent’anni. Da due unioni precedenti ha i suoi tre figli: Matteo, Tommaso e Luisa.
Luca De Filippo ha portato avanti e valorizzato e potenziato l’eredità del padre non solo in teatro ma anche nell’impegno civile che lo ha contraddistinto fino alla fine.  La sua preoccupazione è stata infatti per i ragazzi a rischio e la devianza minorile: sarà accanto ai ragazzi dell’Istituto di pena di Nisida, guardando al convegno del 30 ottobre sulla legge Eduardo, come un punto di partenza per la creazione di una rete tra istituzioni e associazioni che facciano dell’arte del teatro della musica “strumenti di recupero” dei giovani, “canali di partecipazione”.