Люк Тімоті Граймс народився 21 січня 1984 року в місті Дейтон (штат Огайо). Мати — Енджі Граймс (до шлюбу — Баркер), батько — преподобний Ренді Граймс. У Люка троє старших братів і сестер.

У 2002 році Люк закінчив Християнську старшу школу Дейтона, після чого поїхав до Нью-Йорка, де закінчив Американську академію драматичного мистецтва.

Дебют актора на широкому екрані відбувся у 2006 році, у картині «Всі хлопці люблять Менді Лейн», з 2009 року Граймс знімається в телесеріалах.