Luke Timothy Grimes nació el 21 de enero de 1984 en la ciudad de Dayton (estado de Ohio). Su madre es Angie Grimes (de soltera Barker), su padre es el reverendo Randy Grimes. Luke tiene tres hermanos mayores.

En 2002, Luke se graduó de la Escuela Secundaria Cristiana de Dayton, después de lo cual se mudó a Nueva York, donde se graduó de la Academia Estadounidense de Arte Dramático.

El debut del actor en la pantalla grande tuvo lugar en 2006, en la película «Todos los chicos aman a Mandy Lane», desde 2009 Grimes actúa en series de televisión.