Lorenzo Ghiberti és Donatello mellett a korai reneszánsz szobrászat egyik legnagyobb toszkán mestere, először aranyműves volt s azután lett szobrász; akkor készítette a jelenleg a firenzei Uffiziban őrzött híres márvány párkányzatot; végül keramista lett, és e téren is korszakalkotó műveket teremtett. Egy firenzei kelmefestő családjában született. 1414-ben belépett Nanni di Banco műhelyébe, ahol szobrásztanuló lett. Később Velencébe utazott, hogy megismerkedjen a lagúnák városának művészetével. Mestere halála után, 1421-től Donatello műhelyében dolgozott, ahol megismerkedett az aranyművesség technikájával. 1432 és 1435 között a firenzei dóm énekes-karzatát készítette el, amelyet Donatello művének párjául szántak. 1437 és 1438 között a firenzei dóm harangtornyának (campanile) díszítésére készített öt márványdomborművet, amelynek figurái az öt szabad művészetet személyesítették meg. 1439-től foglalkozott majolikával, amelyet először a peretolai Santa Maria templom szentségtartójának elkészítésénél használt, akkor még csak díszítő szerepben, a márvány dombormű körül. Ezután már szinte csak kerámiával dolgozott. 1446. augusztus 31-én bátyjával, Simonéval egy házat vásároltak, ami a terrakotta szobrok előállításával foglalkozó műhely központja lett, amellyel három generáción keresztül foglalkoztak a della Robbiák. Simone halála után, 1448-ban Luca örökbe fogadta bátyja hat gyermekét, köztük Andrea della Robbiát, a család legsikeresebb tagját. 1450-től Andrea együtt dolgozott a nagybátyjával. 1471-ben Luca megírta végrendeletét, amelyben műhelyét unokaöccsére hagyta, s ezután teljesen felhagyott az alkotással. Luca della Robbia 1482-ben halt meg, a firenzei San Pier Maggiore-templomban temették el.

Luca első ismert alkotása egy Madonna-dombormű, amely Ghiberti stílusát idézi. Az első jelentős munkája a firenzei dóm énekes-karzata. A 10 dombormű a 150. zsoltár előadásának illusztrációja, fiatalok és gyermekek éneklő, táncoló csoportjait ábrázolja, akik bensőséges áhítattal merülnek el a zene szépségében. Della Robbia alkotása nyugodtabb, emelkedettebb, mint Donatellóé, aki a zene által kiváltott jóérzést tolmácsolta. Érződik művészetének rokonsága az antik görög művészettel, anélkül, hogy utánzásról lehetne szó. Luca della Robbia alkotása formai értékei révén vált klasszikussá, hiszen nála is az emberi alak a fő, a háttér általában semleges. A karzatokat 1688-ban lebontották, ma a Museo dell’ Operában láthatók. Nem tudni pontosan, mikor ismerkedett meg della Robbia az ónmázas terrakottaszobrok készítésének technikájával, hiszen ennek nem volt hagyománya Toszkánában. Az eljárása egyszerű volt: az agyagból formázott alakokat ónmázzal vonta be. Az így készített művek olcsóbbak voltak a márványszobroknál, és tartósabbak, mint a színezett agyagból készültek. Általában kevés színt használt: a háttér fehér vagy kék volt, a testet szintén fehérre színezte. A dombormű kerete viszont, amely virág girlandokat, gyümölcsfüzéreket ábrázolt, gyönyörű színekben pompázott. Terrakotta szobrai közül sok évszázadokat vészelt át az időjárás szeszélyeinek kitéve. Szobraira a finom taglejtések jellemzőek, amelyet az egyszerű színezés csak hangsúlyoz. Közkedvelt Madonnái gyöngédek, bájosak, mint egy fiatal toszkán lány. Dísztelenek és egyszerűek, de éppen ezért magasztosak és nemesek. Luca della Robbia nem alkotott gyorsan, minden munkája kellően kiérlelt. A képeit a természetből vette, s a szobrászi alakítás a természetesség közvetlenségével párosul. Híres munkája Benozzo Federighi püspök síremléke, amely egyszerű fali síremlék, de a della Robbia által majolikából készített szalagdísz Toszkána virágainak pompáját idézi.