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Luke Lamperti pratique d'abord le moto-cross dans sa jeunesse avant de passer au cyclisme à l'âge de 11 ans[1]. Son frère aîné Gianni a également été coureur cycliste[2].
En mai 2021, il remporte au sprint massif une étape du Tour d'Eure-et-Loir (UCI 2.2), à seulement 18 ans[3],[4]. Le mois suivant, il devient le plus jeune coureur de l'histoire à s'imposer sur la course en critérium des championnats des États-Unis, en élite[5],[6].
Il signe un contrat pour deux saisons à partir de 2024 avec l'équipe Soudal Quick-Step. En 2024, il réalise un bon début de saison avec un podium sur la Muscat Classic et sur le Trofeo Ses Salines puis sur un étape du Tour d'Oman où il porte le maillot de leader pendant une étape.