Svojo košarkarsko pot je začel na OŠ Mirana Jarca v Ljubljani. Njegov prvi klub pa je bil Union Olimpija, kjer je obiskoval košarkarsko šolo za mlade.
Že zgodaj je zelo izstopal v igri in tako postal tarča Realovih oglednikov, ki so ga leta 2012 zvabili medse pri njegovi starosti komaj 13 let.
V prvi španski ligi je 30. aprila 2015 opravil krstni nastop v starosti 16 let, 2 meseca in 2 dni.
Pri tem je enkrat zadel za tri točke. S tem je postal tretji najmlajši igralec v zgodovini prve španske lige, ki je zaigral v njej in najmlajši iz madridskega Reala.
V sezoni 2015-16 so postali igralci Reala prvaki španskega prvenstva, potem ko so v finalu premagali Barcelono. Luka je v tej sezoni igral na 31 tekmah španske prve lige, v igro je vstopal s klopi kot rezervist, in v povprečno 14 minutah igranja dosegal 4.9 točke, 2.8 skoka in 2 asistenci na tekmo.
Naknadno se je vpisal v zgodovino kot najmlajši zmagovalec finala, star je bil vsega 17 let in 115 dni.
21. junija 2018 je Dončića kot 3. na naboru NBA 2018 izbral klub Atlanta Hawks in ga zatem poslal v Dallas v zameno za njihov 5. izbor, s katerim je bil izbran Trae Young, in zaščiteni izbor v prvem krogu nabora 2019.
S tem je postal dvanajsti Slovenec izbran v ligo NBA in do sedaj najvišje rangirani v naboru. Pred njim je bil najvišje izbrani Boštjan Nachbar, ki ga je leta 2002 kot petnajstega vzelo moštvo Houston Rockets.
V Dallasu se je med drugimi pridružil evropski in NBA legendi, Dirku Nowitzkemu, ki je tam pustil največji pečat med vsemi Evropejci do sedaj.
Do konca svoje krstne sezone je dosegel 8 trojnih dvojčkov in s tem prehitel Magica Johnsona na tretjem mestu liste novincev.
Pred njim sta ostala samo Oscar Robertson in Ben Simmons. V svoji prvi sezoni v ligi NBA je Luka dosegel povprečje 21,2 točk, 7,8 skokov, 6 podaj in 1,1 ukradene žoge na tekmo. Boljše številke v vseh navedenih statističnih kategorijah sta dosegla zgolj dva igralca v ligi, LeBron James in Russell Westbrook.
Reprezentanca
V četrtek 31. avgusta 2017 je odigral prvo uradno tekmo za slovensko člansko reprezentanco.
Veličastna je bila njegova predstava, ko je bil s 27 točkami prvi strelec ekipe na četrtfinalni tekmi proti zelo dobri Latviji. Dve zaporedoma zadeti trojki v odločilnih trenutkih srečanja sta veliko prispevali k zmagi in s tem se je Slovenija drugič v zgodovini prebila v polfinale.
Tam so se srečali s favorizirano Španijo, ki so jo odpravili s 92-72 in si prvič zagotovili nastop v finalu in medaljo.
Tako je v nedeljo 17. septembra zaigral na svojem prvem finalu. Nasprotnik je bila Srbija. Tam se je poškodoval v tretji četrtini in ni mogel odigrati v končnih trenutkih tekme, ki pa so jo njegovi soigralci vseeno dobili in se skupaj veselili osvojene zlate medalje in naslova evropskih prvakov.
Poleg tega je bil Luka izbran v prvo peterko prvenstva, kjer je mesto najboljšim igralcem in kjer je bil za najkoristnejšega imenovan njegov soigralec Goran Dragić.
S tem izborom je postal drugi najmlajši košarkar, ki mu je to uspelo. Mlajši od njega je bil le legendarni litovski center Arvidas Sabonis, ki je bil leta 1983 ob svojem izboru mlajši za mesec dni.
Individualne nagrade
2012: izbran za najboljšega igralca na turnirju mladih Lido di Roma v kategoriji do 13 let, z Union Olimpijo
2013: izbran za najboljšega igralca na mladinskem turnirju Ciutat de l’Hospitalet v kategoriji do 14 let
2014: najboljši igralec španskega kadetskega prvenstva v kategoriji do 16 let
2015: izbran v najboljšo peterko mladinskega turnirja Ciutat de l’Hospitalet (ANGT: Adidas Next Generation Tournament)
2015: najboljši igralec španskega mladinskega prvenstva v kategoriji do 18 let
2017: izglasovan za naziv vzhajajoča zvezda evrolige (angleško: Rising Star Trophy)
2017: izbran v prvo peterko turnirja Eurobasket 2017
2017: najboljši igralec v Evroligi meseca oktobra
2017: najboljši igralec španske lige v mesecu decembru
2018: drugi najboljši evropski košarkar leta 2017 po izboru italijanske La Gazzetta dello Sport
2018: drugič zapored izglasovan za vzhajajočo zvezdo evrolige (angleško: Rising Star Trophy)
2018: izbor v prvo peterko Evrolige za sezono 2017-18 (angleško: All Euroleague first team)
2018: izbran za najkoristnejšega igralca v Evroligi za sezono 2017-18 (angleško: 2017-18 Euroleague MVP)
2018: izbran za najkoristnejšega igralca zaključnega turnirja Evrolige (angleško: 2017-18 Euroleague Final Four MVP)
2018: izbran za najkoristnejšega igralca rednega dela španskega državnega prvenstva sezone 2017-18
2018: izbran za najboljšega novinca zahodne konference NBA prvega meseca, oktober-november 2018
2018: izbran za slovenskega športnika leta 2018
2019: izbran za najboljšega novinca zahodne konference lige NBA za mesec december 2018
2019: izbran za najboljšega novinca zahodne konference lige NBA za mesec januar 2019
2019: izbran za najboljšega novinca zahodne konference lige NBA za mesec februar 2019
2019: izbran za najboljšega novinca zahodne konference lige NBA za meseca marec-april 2019
2019: izbran za najboljšega novinca leta (angl. Rookie of the Year ) za NBA sezono 2018-19
Klubske lovorike
Real Madrid:
prvaki Španije – Liga ACB: 2015, 2016, 2018
španski pokal – Copa del Rey: 2016, 2017
prvaki Evrolige 2017-18
Reprezentančne lovorike
Slovenija
2017: naslov prvaka in zlata medalja, Eurobasket 2017