Luminiţa Gheorghiu s-a născut în 1 septembrie 1949. A absolvit Institutul de Artă Teatrală şi Cinematografică în 1972, la clasa profesorului Ion Cojar. A debutat în teatru în 1971, pe scena Studioului Casandra, iar după absolvire a fost repartizată la Teatrul "Mihai Eminescu" din Botoşani, potrivit cinemagia.ro.
În 1975 a jucat în trupa Teatrului Tineretului din Piatra Neamţ, iar din 1976 până în 2003 a jucat pe scena "Bulandra".
Actriţa şi-a început cariera cinematografică în urmă cu mai bine de trei decenii, iar primul rol important în film a fost Catrina din "Moromeţii" (1987), regizat de Stere Gulea.
Două decenii mai târziu, a fost premiată la nivel internaţional pentru interpretarea din "Moartea domnului Lăzărescu" (r. Cristi Puiu, 2005). Rolul asistentei medicale i-a adus, în 2007, premiul pentru cel mai bun rol secundar feminin la gala premiilor Asociaţiei Criticilor de Film de la Los Angeles.
Luminiţa Gheorghiu a mai jucat în "Aurora", "După dealuri" şi "Sunt o babă comunistă", ecranizare a romanului omonim scris de Dan Lungu şi regizat de Stere Gulea. Actriţa a făcut parte şi din distribuţia unor filme precum "Poziţia copilului" şi "Aferim!", iar în 2014 a fost premiată de Academia Română pentru rolul din filmul "Cuscrii".
Regretata actriță a declarat de-a lungul anilor că scena a fost întotdeauna visul său și dacă nu ar fi devenit actriță, i-ar fi plăcut să fie cântăreață.
”Am iubit foarte mult să fiu actriţă. Mi s-a părut că este cea mai importantă formă de exprimare a mea. (...) Părerea publicului este foarte importantă, pentru că nu faci filme să te uiţi la ele în sufragerie tu cu familia. Facem profesia aceasta cu toţii pentru public, dar în ultimii ani a fost foarte important pentru mine să mă simt bine cu mine, nu că nu m-ar interesa părerea criticilor sau părerea regizorilor sau a colegilor, dar când cineva mi-a spus că e bine şi eu am avut nişte observaţii în intimitatea mea apropo de anumite secvenţe, nu a fost foarte bine. În clipa în care am fost împăcată cu mine, atunci a fost foarte bine, pentru că aşa cum eu am avut pe anumite secvenţe o anumită bucurie, am simţit că şi publicul a mers cu mine. A te simţi bine cu tine este foarte important”, a declarat actrița într-un interviu din anul 2015 pentru zf.ro.
În anul 1985, înaintea rolului memorabil din „Moromeții”, Luminița Gheorghiu a trecut printr-o dramă cumplită - fiica sa cea mare s-a stins din viață la vârsta de șase ani. „Iuliana o chema şi avea şase ani jumătate. Am un înger acum. După Revoluţie, mă uitam cum mamele îşi conduceau pe ultimul drum fetele de 18-20 de ani, în rochii de mireasă, şi mă gândeam: Doamne, ele sunt mai lovite decât mine. Eu am luat locul întâi şi la durere!”, a spus actrița cu ani în urmă, în timpul emisiunii Happy Hour.