Nato e cresciuto a Moncalieri in provincia di Torino, Luca Argentero entra nel mondo dello spettacolo dall'affollata porta dei reality televisivi, partecipando nel 2003 alla terza edizione del Grande Fratello. Cugino delle sorelle Ventura (Alessia, Sara e Simona), dopo diverse esperienze da barman riprende gli studi precedentemente interrotti laureandosi in Economia e Commercio nel 2004. La televisione e la recitazione restano però gli obiettivi a cui tendere e per farlo passa, come molti, attraverso un denso viatico che prevede calendari e apparizioni televisive ben alternate fra loro.

L'attesa per una proposta vera e propria arriva un anno più tardi quando viene scelto per interpretare il ruolo di Marco Tosi nella serie tv Carabinieri. Sul set della fiction, oltre a trovare l'amore in Myriam Catania, attrice e doppiatrice italiana, ha la possibilità di saggiare per la prima volta le sue stesse capacità che, stando ai risultati, non scoraggiano le prospettive future, anzi. Nel 2005 infatti dopo una gavetta neanche troppo faticosa approda sul grande schermo, recitando sotto la direzione di Francesca Comencini nel film A casa nostra.
Sempre nello stesso anno viene selezionato da Ozpetek per Saturno contro, pellicola all'italiana che regala a Luca una discreta visibilità grazie a un personaggio ben tratteggiato e soprattutto ben inserito nel contesto della storia. Ha quindi la possibilità di lavorare al fianco di attori come Margherita Buy e Stefano Accorsi, riuscendo a lasciare un segno in diverse scene del film.
Nel 2007 realizza la miniserie La baronessa Carini sotto la regia di Umberto Marino con Vittoria Puccini e, ancora al cinema, Lezioni di cioccolato, diretto da Claudio Cupellini e interpretato da Violante Placido, ottenendo per la prima volta il ruolo di coprotagonista sul grande schermo.