Actrița Luminița Gheorghiu s-a născut la 1 septembrie 1949, la București. A absolvit Institutul de Artă Teatrală și Cinematografică în 1972, la clasa lui Ion Cojar. În primii ani de carieră, a interpretat numeroase roluri pe scenele Studioului Casandra, ale Teatrului ''Mihai Eminescu'' din Botoșani (1972-1975) și ale Teatrului Tineretului din Piatra Neamț.
A fost Măriuca în ''Sânziana și Pepelea'' de Vasile Alecsandri, Victorița în ''O fată imposibilă'' de Virgil Stoenescu, Ciocârlia în ''Tinerețe fără bătrânețe'' de Eduard Covali, regia Cătălina Buzoianu. Din 1975, este membră a trupei de actori ai Teatrului Bulandra din Capitală. Pe scena acestui teatru, publicul a putut să o vadă în ''Pelicanul'' de August Strindberg, ''Răceala'' de Marin Sorescu ,''Unchiul Vanea'' de Cehov, ''Poveste de iarnă'' de William Shakespeare, ''Trei surori'' de Cehov, ''Tango'' de Slawomir Mrozek, ''De Pretore Vicenzo'' de Eduardo de Filipo.
A fost distribuită în piese regizate de Alexandru Tocilescu, Ion Cojar, Adrian Lupu, Virgil Ogășanu, Miriam Răducanu, Mircea Cornișteanu, Alexa Visarion, Petre Popescu, Liviu Ciulei, Silviu Purcărete, Gelu Colceag, Horațiu Mălăele, Alice Barb ș.a.
S-a făcut remarcată și în filme de lung metraj. A jucat în producții românești importante, precum: ''Labirintul'', regia Șerban Creangă; ''Secvențe'', regia Alexandru Tatos; ''Fapt divers'', regia Andrei Blaier; ''Moromeții'' și ''Stare de fapt'', regia Stere Gulea; ''Campioana'', regia Elisabeta Bostan; ''Drumul câinilor'' și ''Rămânerea'', regia Laurențiu Damian; ''Trahir'' și ''Trenul vieții'', regia Radu Mihăileanu; ''Privește înainte cu mânie'', regia Nicolae Mărgineanu; ''Prea târziu'', regia Lucian Pintilie; ''Ultima gară'', regia Bogdan Dumitrescu.
A jucat în filmul ''Francesca'' regizat de Bobby Păunescu, peliculă care a avut premiera în 2009. Anii 2000 i-au adus actriței numeroase distribuții în producții celebre. În ultimul deceniu, numele său a fost strâns legat de filme cu mare priză la public, precum: ''Marfa și banii'', ''Moartea domnului Lăzărescu'', ambele regizate de Cristi Puiu, ''A fost sau n-a fost?'' în regia lui Corneliu Porumboiu, ''4 luni, 3 săptămâni și 2 zile'' de Cristi Mungiu, ''Nunta mută'' a lui Horațiu Mălăele.
Pentru rolul asistentei medicale Mioara Avram din ''Moartea domnului Lăzărescu'', Luminița Gheorghiu a obținut, în 2005, premiul ''Bayard d'Or'' pentru cea mai bună actriță, la Festivalul Filmului Francofon, desfășurat în Belgia. Asociația Criticilor de Film din Los Angeles a premiat-o, pentru aceeași partitură, cu premiul pentru cea mai bună actriță în rol secundar. Pelicula a câștigat premiul secțiunii ''Un Certain Regard'' la Festivalul de la Cannes din 2005 și a fost vândută în țări din Europa, în Statele Unite și în Mexic.
A jucat inclusiv în producții străine. În anul 2000, a fost distribuită, alături de cunoscuta actriță franceză Juliette Binoche, în filmul ''Cod necunoscut'' (''Code inconnu: Récit incomplet de divers voyages''), regizat de Michael Hanecke. În 2003, același regizor a distribuit-o în ''Vreme de restriște'' (''Le temps du loup''), alături de Isabelle Huppert. Un an mai târziu, actrița a jucat în miniseria Sex Traffic, produsă și regizată de englezul David Yates, unde le-a avut drept colege de platou pe Anamaria Marinca și Maria Popistașu.
La sfârșitul lui 2009, Luminița Gheorghiu a interpretat rolul principal în filmul ''Sunt o babă comunistă'', ecranizare a romanului omonim scris de Dan Lungu, regizat de Stere Gulea. Este membru al Uniunii Cineaștilor din România. Actrița a primit în 2009, în cadrul Galei de premiere a Festivalului Internațional de Film de la Iași (IIFF), eveniment desfășurat în perioada 25 septembrie — 3 octombrie, Premiul de Excelență pentru întreaga carieră.
În cadrul celei de-a patra ediții a Galei Premiilor Gopo din 29 martie 2010, Luminiței Gheorghiu i-a revenit trofeul pentru Cea mai bună actriță în rol secundar, pentru rolul din filmul ''Francesca''.
A mai jucat în filmele ''Aurora'' (2010), ''Brave'' (2012) și ''The Witch—Dubbbing'' (2012). Protagonistă a filmului "Poziția copilului" (2013) în regia lui Călin Netzer, care a câștigat premiul Ursul de Aur la Berlinala 2013, Luminița Gheorghiu a fost una dintre actrițele cotate cu șanse mari la premiul Ursul de Argint pentru cea mai bună actriță, în cadrul marelui eveniment.
Jurnalul Naţional îi urează, "La Mulţi ani!"