Nato a Springfield, nel Missouri, Lucas Grabeel ha iniziato la sua carriera di attore al liceo, partecipando a una produzione teatrale scolastica di Il giardino segreto. Poco dopo, ha cominciato a presentarsi alle audizioni del teatro locale, per spettacoli di prosa e musical, riuscendo a entrare nel cast di produzioni come Oliver!, Romeo e Giulietta, You're a Good Man, Charlie Brown, e molte altre.
Nel 2003 Grabeel si è trasferito a Los Angeles per diventare un attore professionista. Dopo aver girato qualche spot pubblicitario, è stato scelto per un ruolo nel telefilm di Mark Dippé Halloweentown High. Ha poi ripreso quel ruolo nel film di David Jackson Return to Halloweentown.
Da allora ha interpretato serie-tv come Boston Legal, 'Til Death, Smallville e (in un ruolo ricorrente) Veronica Mars; e al cinema è apparso in film come In viaggio per
il college di Roger Kumble; Alice Upside Down di Sandy Tung; The Adventures of Food Boy di Dane Cannon¸e Lock and Roll Forever di Chris Grismer.
Scelto per interpretare il ruolo di Ryan Evans nel telefilm del 2006 High School Musical per il Disney Channel, ha partecipato del fenomeno mediatico che ha portato al sequel televisivo del 2007 (High School Musical 2) e a un sequel per il cinema nel 2008 (High School Musical 3: Senior Year). Tutti e tre i film sono stati diretti da Kenny Ortega, che ha anche guidato Grabeel e gli altri membri del cast in una tournée teatrale che ha toccato quarantadue città degli Stati Uniti.
Di recente la rivista Teen People lo ha inserito tra i "25 divi più sexy sotto i 25 anni"; Teen Vogue tra i "Giovani talenti più brillanti"; e Entertainment Weekly tra i più straordinari talenti musicali.
Quando non recita, Grabeel si diverte a dipingere, a comporre musica, e a suonare la chitarra, il pianoforte e la batteria.