Luc Thuillier commence sa carrière en 1985 dans le film Hors-La-Loi de Robin Davis. En 1988 il partage avec Julie Delpy l’affiche de L’autre nuit de Jean-Pierre Limosin puis joue l’année suivante dans Monsieur Hire de Patrice Leconte, aux côtés de Michel Blanc et Sandrine Bonnaire.
En 1991, il interprète un gigolo dans La Vieille qui marchait dans la Mer de Laurent Heynemann avec Jeanne Moreau et Michel Serrault. En 2006, après La Trahison de Philippe Faucon et Le Passager de l’été Florence Moncorgé-Gabin, il est le patron du bar ” Le Cabaret de la dernière Chance ” et le vieux pote de Richard dans C’est Beau une Ville la Nuit .
