Сын Л. Лициния Лукулла, претора 104 г. до н. э., и Цецилии Метеллы. В молодости совместно с братом М. Лукуллом возбудил судебное преследование против авгура Сервилия, выступавшего ранее обвинителем их отца, однако не добился обвинительного приговора (Plut. Luc. 1; Cic. Acad. II. 1; ILS. 60). В 89 г. во время Союзнической войны служил под командованием Суллы в должности военного трибуна (Plut. Luc. 2. 1; ILS. 60). В 87—86 гг. участвовал в войне с Митридатом в должности квестора, затем проквестора Суллы. В 87 г. был заранее отправлен в Грецию с поручением приказать Бруттию Суре, легату Сентия, вернуться в Македонию, чтобы освободить поле деятельности приближающемуся Сулле. Руководил монетной чеканкой Суллы в Греции. Затем был направлен в Египет, Кирену, Сирию и Крит для организации флота. В 85 г. привёл флот в Эгейское море, освободил Хиос, отказался оказать поддержку Г. Фимбрии против Митридата и помог Сулле переправиться через Геллеспонт. Сулла поручил ему сбор налогов и недоимок в Азии и чеканку монеты. (Cic. Acad. II. 1; 11; 61; Arch. 11; Joseph. AJ. XIV. 7. 2; Auc. Vir. Ill. 74. 1—2; Plut. Sull. 11. 5; Luc. 2—4; App. Mith. 33; 51—52; 56; 62; Oros. VI. 2. 10; ILS. 60).
После возвращения Суллы в Италию оставался в Азии до 80 г., был избран курульным эдилом на 79 г. в своё отсутствие, затем претором на 78 г. (Cic. Acad. II. 1; Off. II. 57; Val. Max. II. 4. 6; Plin. NH. VIII. 19; Plut. Luc. 1. 6; 4. 3; Gran. Lic. 36. 6 C; ILS. 60). Пользовался большим доверием Суллы, который поручил ему опеку над своим сыном и редактирование своих мемуаров (Plut. Luc. 1. 4; 4. 5). После претуры в 77—76 гг. управлял Африкой (Cic. Acad. II. 1; Auc. Vir. Ill. 74. 3). Избран в консулы на 74 г. Успешно противодействовал попыткам плебейского трибуна Л. Квинкция отменить сулланское законодательство (Plut. Luc. 5; Sall. Hist. III. 48. 11). В качестве провинции ему была назначена Цизальпийская Галлия, но путём интриг Лукулл добился полномочий для ведения войны с Митридатом и командования над бывшими армиями Фимбрии и Сервилия Исаврийского и, возможно, наместничества в провинции Азии.
В 73—68 гг. являлся проконсулом Киликии, в 73—69 гг. проконсулом Азии, в 73—67 гг. — проконсулом Вифинии и Понта. В 74 г. освободил консула Котту, запертого Митридатом в Халкедоне, одержал победу над Митридатом на р. Риндак и при Кизике. В 73 г. очистил от войск Митридата Азию и Вифинию и начал вторжение в Понт. В 72 г. выиграл сражение под Кабирами, взял Кабиры и Амис и вытеснил Митридата из Понта. После этого вернулся в провинцию Азию, где упорядочил сбор налогов и прекратил произвол откупщиков. В 70 г. заключил союз с Махаром, царём Боспора, взял Синопу и Амасию и обратился к сенату с просьбой прислать комиссию для организации управления бывшим царством Митридата. В 69 г. вторгся в Армению, одержал победу над царём Тиграном под Тигранокертой и взял город; затем вступил в переговоры с парфянами и некоторыми вассальными правителями Армении и Сирии. В 68 г. планировал начать войну с Парфией, но войско взбунтовалось и отказалось идти туда; тогда Лукулл вторгся в северную Армению и одержал победу на р. Арсаний, после чего вернулся зимовать на юг, в Нисибис. В 68 г. преемником Лукулла в его провинциях был назначен Ман. Глабрион; из-за поражения своего легата Триария и мятежа в армии, Лукулл вынужден был долгое время бездействовать, в то время как Митридат и Тигран возвратили себе свои царства. Оставался в Понте до 66 г., когда его сменил Помпей, отменивший все распоряжения Лукулла в азиатских провинциях; после этого вернулся в Рим, но сторонники Помпея в сенате препятствовали назначению его триумфа до 63 г. (Cic. Leg. Man. 5; 20—23; 26; Mur. 33; 37; 69; Arch. 21; Flac. 85; Acad. II. 1—3; 61; Sall. Hist. III. 17—42; IV. 5—15; 58—80; Liv. Per. 94—95; 98; Strab. XI. 14. 15; XII. 2. 1; 3. 11, 33; 5. 2; Vell. II. 33—34; Frontin. Str. II. 1. 14; 2. 4; 5. 30; III. 13. 6; Plut. Luc. 6—37; Pomp. 30—32; 38; App. Mith. 72—90; Syr. 49; Flor. I. 40. 12—19; Cass. Dio XXXVI. 1—8; 14—16; 43, 46; Eutrop. VI. 6; 8—10; Oros. VI. 2. 12—24; 3. 7; ILS. 60).
После возвращения Помпея из Азии в 62 г. активно препятствовал утверждению его распоряжений на Востоке (Plut. Luc. 38, 42; Pomp. 46; Vell. II. 40; Cass. Dio XXXVII. 49). В 61 г. свидетельствовал против П. Клодия в процессе о святотатстве (Cic. Mil. 73; Plut. Cic. 29). Враждовал с членами «первого триумвирата», подвергался угрозам с их стороны, подозревался в участии в заговоре с целью убийства Помпея, и в конце концов полностью удалился в частную жизнь (Suet. Iul. 20; Cic. Att. II. 24. 3; Vat. 10; Plut. Luc. 39—43). Входил в коллегию авгуров (ILS. 60). Умер около 56 г. до н. э., вероятно, перед смертью страдал каким-то психическим заболеванием (Cic. Prov. Cons. 22; Plut. Luc. 43).