Luca Barbarossa nació en Roma el 15 de abril de 1961. Se traslada con su madre Annamaria a Mentana, localidad cercana a la capital italiana, tras la separación de sus padres cuando él contaba tres años de edad. Aún niño su padre le regala una guitarra con la que aprende el repertorio de folk americano y canciones clásicas de autores italianos.

En 1980, con 19 años, es escuchado por el veterano Gianni Ravera (1920-1986), quien lo invita a participar en el Festival de Castrocaro. Su triunfo en este certamen con el tema Sarà l’età, le abre las puertas de su primer contrato discográfico y su primera participación en el Festival de San Remo en 1981 con Roma spogliata, canción con la que consigue un meritorio cuarto puesto. Poco después edita su primer disco de larga duración, Luca Barbarossa, uno de cuyos singles, Da stasera, presenta en la Mostra Internazionale di Musica Leggera di Venezia, sin demasiado éxito. Más tarde saldrá de gira como  telonero de Riccardo Richard Cocciante.

En el verano de 1982 edita un nuevo single, de escaso éxito debido en parte a la crisis de su discográfica, Fonit-Cetra, por lo que Luca se pasa a la multinacional CBS, la cual, antes de enfrentar el reto de un álbum, le hace publicar varios singles. Uno de ellos, Via Margutta, de 1986, supone el inicio de su colaboración con el productor, compositor y arreglista Antonio Coggio, y su retorno a San Remo, donde queda en el puesto 18 de la categoria Big. En 1987 la CBS accede por fin a publicarle un álbum, Come dentro un film y vence en en el concursos Un disco per l’estate con el tema Roberto y recibe el premio Mejor artista revelación en Vota la voce.

En 1988 vuelve a San Remo con L’amore rubato y queda en una honrosísima tercera posición, si bien el single consigue el número 1 de ventas de todos los presentados al festival. Su popularidad queda totalmente afianzada con su participación en Eurovisión con Ti scrivo, quedando en 12ª posición en Dublin, y con la publicación de su nuevo disco, Non tutti gli uomini del que vende 350.000 copias. Al año siguiente publica Al di là del muro, profético anticipo de la caída del Muro de Berlín, en el que colabora Eros Ramazzotti. En 1992 consigue vencer por fin en su quinto San Remo con Portami a ballare, canción dedicada a su madre. Al año siguiente edita su primer álbum en vivo y en 1996 consigue el 12º puesto en San Remo con Il ragazzo con la chitarra. Continuará componiendo, editando y actuando a lo largo de los años 90 y, ya entrado el nuevo siglo, edita su primer recopilatorio, Viaggio di ritorno, en 2001. Vuelve a San Remo en 2003 con Fortuna, canción que da título a un disco homónimo, con la que consigue el puesto 10. Ese mismo año compone el tema Il canto para el tenor Luciano Pavarotti.

Inicia entonces una retirada temporal de cuatro años de la que regresa en 2007 con la publicación del single Aspettavamo il 2000, anticipo del álbum Via delle storie infinite, editado un año más tarde. Entre 2008 y 2010 participa en el espectáculo teatral Attenti a quei due, título inspirado en una exitosa serie de televisión. En 2010 comienza a presentar Barbarossa Social Club, programa de la RAI-Radio 2 ambientado en un imaginario local donde se charla, se juega y se toca música. De febrero de 2011 es su última participación en San Remo hasta el momento, con la española Raquel del Rosario (vocalista de El sueño de Morfeo), con el tema Fino in fondo, que queda en octava posición. Ese mismo año se edita un recopilatorio conmemorativo de sus 30 años de profesión con el título de su exitoso programa de radio: Barbarossa Social Club, que además inspirará su debut televisivo, Super Club, en RAI-2 en mayo de 2012.

Es de destacar su labor como compositor para otros cantantes, entre otros Luciano Pavarotti, Gianni Morandi, Fiorella Mannoia, Raquel del Rosario, Paola Turci, Tosca, Tina Arena, Alessandro Safina y Dham.  Está casado con Ingrid Salvat y tiene tres hijos: Valerio, Flavio y Margot.