Люк Тимоти Граймс родился 21 января 1984 года в городе Дейтон (штат Огайо). Мать — Энджи Граймс (до замужества — Баркер), отец — преподобный Рэнди Граймс. У Люка трое старших братьев и сестёр. В 2002 году Люк окончил Христианскую старшую школу Дейтона, после чего уехал в Нью-Йорк, где окончил Американскую академию драматического искусства. Дебют актёра на широком экране состоялся в 2006 году, в картине «Все парни любят Мэнди Лэйн», с 2009 года Граймс снимается в телесериалах.