Iskoláit követően kereskedelmi pályára készült, az első világháborúban a fronton szolgált, meg is sebesült. Leszerelése után, 1915-ben beiratkozott a színi akadémiára, ahonnan fél év múlva elcsábította a kassai színház, tanulmányait sosem fejezte be. A Bánk bán címszerepében lépett először színpadra, majd Othellót játszotta. Két év múlva Budapestre szerződött, 1918-tól csaknem egy évtizedig a Vígszínház tagja volt.

A feltűnően magas, jóképű, bajszos fiatalember főként hősszerelmes szerepeket kapott, amelyekben jellemábrázoló képességét is megcsillogtathatta, a kritika szerint képes volt klublevegőt teremteni egy hatalmas színpadon is. Berlinben Max Reinhardt rendező irányításával játszott, itthon Fedák Sári partnere volt az Andrássy úti Színházban. A Vígben A Noszty fiú esete Tóth Marival Stromm ezredesét alakította, Csehov Cseresznyéskertjében Trofimov, A három nővérben Andrej, G. B. Shaw Nagy Katalinjában Potemkin volt. A filmvásznon 1918-ban debütált A szfinx címszerepében, négy évvel később Bécsben Korda Sándorral forgatta a Sámson és Delila című alkotást.

Élete 1927-ben vett gyökeres fordulatot, amikor Adolph Zukor, a hollywoodi Paramount Stúdió elnöke a lengyel születésű Pola Negri partnerének szerződtette a Rachel című némafilmben. A szülőhazájában sztárnak számító színész nehezen szokta meg, hogy válogatásokra és próbafelvételekre kell járnia. Paul Lukas néven 1928-ban a Moszkvai lány című filmben szerepelt először, a szintén magyar Bánky Vilma oldalán. Hamarosan világhírű lett, összesen mintegy száz film főszerepét játszotta el, ünnepelték a Broadwayn is Ibsen Nórájának Rank doktoraként.

Pályáján nehézséget okozott a hangosfilm megjelenése, mert ezután az erőteljes mimikát és a hangsúlyos gesztusokat visszafogottabb alakítás váltotta fel. Bár kiejtése miatt többször elkeseredett, önérzete nem hagyta, hogy más hangján szólaljon meg filmjeiben. Fél év megfeszített nyelvtanulás után a Paramount Stúdió olyan elégedett volt a próbafelvétellel, hogy ötéves megállapodást írtak alá vele, immár beszélő színészként.

Férfias megjelenése, lenyűgöző egyénisége, eleganciája a hős jellemszerepekben érvényesült legjobban. A harmincas években egyaránt játszott fekete-fehér amerikai filmdrámában (Mindenki nője) és romantikus alkotásokban (Szigorúan erkölcstelen). A George Cukor rendezte Fiatal asszonyok című dráma női főszerepét Katharine Hepburn és Joan Bennett alakította, ebben a filmben Lukács egy Goethe-versre komponált Csajkovszkij-dalt is énekelt, a dal szövegét ő ültette át németről angolra. Az évtized második felében Angliában is forgatott romantikus vígjátékot (Vacsora a Ritzben) és krimit Alfred Hitchcockkal (Londoni randevú).

Az 1933-tól amerikai állampolgár Lukács legnagyobb sikerét az Őrség a Rajnán című fekete-fehér filmben aratta, amelyben partnere Bette Davis volt. (Lillian Hellman darabját előbb a Broadwayn vitte sikerre.) Az antifasiszta háborús drámában nyújtott alakításáért 1943-ban megkapta a legjobb színésznek járó Oscar-díjat, begyűjtötte a Golden Globe-díjat, a New York-i filmkritikusok kitüntetését. A színész 1960-ban csillagot kapott a hollywoodi hírességek sétányán.

Pályafutása során játszott még kalandfilmben (a 20 000 mérföld a tenger alatt című Verne-regény Walt Disney-féle feldolgozásában), zenés vígjátékban (az Acapulcói kalandban többek közt Elvis Presley és Ursula Andress volt a partnere), tévéfilmben (a pályafutását akkor kezdő James Deannel) és televíziós sorozatokban (FBI, Hotel Paradis). Utoljára 1970-ben lépett kamera elé egy tévéfilmben.

A háromszor nősült Lukácsnak két szenvedélye volt: az állatok segítése, szinte minden kóbor kutyát hazavitt, a másik pedig a repülés, magánrepülőgépét gyakran ő vezette. Mindezek mellett kiválóan teniszezett.

Az eddigi egyetlen magyar születésű Oscar-díjas színész 1971. augusztus 16-án nyaralás közben halt meg a marokkói Tangerben. Felesége előző nap hunyt el, az átélt izgalmak miatt ő másnap kapott szívinfarktust, és az orvosok már nem tudtak rajta segíteni. Kívánságára Spanyolországban temették el, sírja Málaga városában található.