Luminiţa Gheorghiu s-a născut la 1 septembrie 1949, la Bucureşti.
A parcurs Şcoala primară nr. 15 din cartierul Floreasca din Capitală, şi a frecventat timp de patru ani Şcoala de muzică, secţia pian.
În anul 1971 a absolvit Institutul de Artă Teatrală şi Cinematografică din Bucureşti, la clasa profesorului Ion Cojar.
A debutat în teatru cu rolul Mărioara, într-o piesă montată de Alexandru Tocilescu – „Sânziana şi Pepelea”, pe scena Teatrului Cassandra, iar după absolvire a fost repartizată la Teatrul Mihai Eminescu din Botoşani. În anii 1974 – 1975 a activat la Teatrul Tineretului din Piatra Neamţ, iar dîn 1976 a fost actriţă la Teatrul Bulandra din Bucureşti, până în 2003.
În anul 1985, atunci când actriţa se pregătea pentru primul ei rol cinematografic şi-a pierdut fiica cea mare, Iuliana (la numai 6 ani), fapt ce produce o dramă cumplită în familie.
În anul 1987 debutează în film cu rolul Catrina din filmul Moromeţii.
Începând cu 1990 a realizat personaje în peste 30 de producţii cinematografice ale regizorilor din diferite generaţii: Elisabeta Bostan, Lucian Pintilie, Radu Mihăileanu, Cristi Puiu, Cristian Mungiu şi mulţi alţii. În anul 2001 joacă rolul mamei lui Ovidiu în pelicula „Marfa şi banii”, urmat de două colaborări în proiecte internaţionale, jucând cu Juliette Binoche în “Code inconnu” (2000) şi cu Isabelle Huppert în “Le temps du loup” (2003).
În anul 2005 joacă rolul asistentei medicale Mioara în „Moartea domnului Lăzărescu”, regizat de Cristi Puiu, premiat la Festivalul de film de la Cannes, în anul 2006, pentru care ea primeşte premiul pentru cel mai bun rol secundar feminin la Los Angeles, la gala premiilor Asociaţiei Criticilor de Film pe 14 ianuarie 2007.
CITEȘTE ȘI: Băluță, agentul verde de marketing al blocurilor „Sportivilor“. Miza: 250 de milioane de euro
Au urmat rolurile doamnei Jderescu în „A fost sau n-a fost ?”, în 2006 şi cel a doamnei Radu din „4 luni, 3 săptămâni şi 2 zile” în 2007.
În anul 2008 joacă rolul Firei în „Nunta mută”, urmat de rolul Mioarei Avram în „Aurora” (2010) şi cel al dirigintei în „După dealuri” (2012).
Premiată cu „Ursul de Aur”
În teatru, a mai jucat în “Ajutorul”, regia Alice Barb şi are, din anul 2013, rolul Lucile în piesa ”Baba care ascultă Abba”, regia Theo Herchelegiu, la Teatrul Metropolis.
În anul 2013, pentru rolul Cornelia Kerenes din filmul „Poziţia copilului”, regizat de Călin Peter Netzer, a fost premiată cu trofeul „Ursul de Aur” la Festivalul Internaţional de Film de la Berlin.
Tot în 2013 joacă rolul Emiliei în „Sunt o babă comunistă”, regizat de Stere Gulea.
CITEȘTE ȘI: Marea Neagră are gaze. Degeaba. Resursele, greu de extras din cauza politicii și a costurilor
A primit premii pentru cea mai bună actriţă la Festivalurile de film TIFF (Cluj), Namur (Belgia) – premiul Bayard d’Or, şi Safi (Maroc).
În martie 2014, primeşte premiul Gopo pentru cea mai bună actriţă, iar în mai 2014, primeşte Premiul Academic al UCIN pentru rolurile din filmele “Poziţia copilului” (film care a obţinut Trofeul Uniunii Cineaştilor) şi “Sunt o babă comunistă”, precum şi premiul pentru cea mai bună actriţă, pentru rolul din “Poziţia copilului”, decernat de Asociaţia criticilor şi filmologilor din cadrul UCIN.
Luminiţa Gheorghiu a fost căsătorită cu un medic stomatolog, împreună cu care a avut două fete: Maria, care are 28 de ani şi Alexandra, de 26 ani. Dacă fiica cea mare a ales să studieze şi să profeseze medicina dar şi designul vestimentar, fata cea mică a ales domeniul regiei de film şi şi-a propus să îşi distribuie mama în prima sa producţie, lucru care s-a întâmplat tocmai în proiectul de absolvire al fiicei, potrivit Radio România Cultural.