Luna Maya mengawali karirnya sebagai bintang model catwalk, kemudian mengembangkan diri dalam seni peran, baik film maupun sinetron. Prestasi menonjolnya sebagai model adalah terpilihnya Luna sebagai Bintang Lux 2006.

Luna mengawali kariernya sebagai model. Ia terjun ke dunia peran pada 2004 lewat film 30 Hari Mencari Cinta. Dalam film tersebut, Luna berperan sebagai Barbara, seorang gadis cantik nan seksi yang menjadi idaman pria. Ini adalah peran pertama Luna sebagai tokoh antagonis.

Sukses memerani Barbara, Luna kembali terlibat dalam film Brownies tahun 2005. Dalam film arahan sutradara Hanung Bramantyo itu, Luna mendapatkan peran kecil. Peran pertama Luna sebagai tokoh utama adalah sebagai Mina dalam Bangsal 13 pada tahun yang sama.

Nama Luna kian melambung di jagat hiburan Indonesia, setelah ia memerani film Cinta Silver dan digosipkan berhubungan cinta dengan Ariel, vokalis grup band Peterpan.

Selama kariernya, Luna telah membintangi sejumlah film, seperti Brownies, Cinta Silver, Ruang, Bangsal 13, Jakarta Undercover, 30 Hari Mencari Cinta, Pesan Dari Surga dan masih banyak lagi. Beberapa sinetron yang dia bintangi antara lain Dan, Kau dan Aku, Ada Cinta, Rahasiaku, Anggun, Cahaya Surga, Sujudku, Yasmin, Dewi dan yang tayang di TV Langganan Astro Akhir Cinta.

Luna, juga membintangi beberapa produk iklan seperti Lux, Zestea, Sarimie, Vitalong C ,XL dan Bu Krim Detergen.

Sederet prestasi yang diraih oleh Luna membuat ia dipilih sebagai salah satu pembawa obor di ajang Olimpiade 2008. Tak hanya dunia peran dan model yang digeluti oleh Luna. Bersama Dewi Sandra dan Sandra Dewi, Luna turut menyumbangkan suaranya dalam theme song Euro 2008 berjudul Play.

Selain aktif di dunia hiburan, Luna juga berbisnis di bidang fashion, dengan membuka butik bernama LM Hardware di Bandung dan Jakarta.

Bintang Luna juga makin bersinar tahun 2008 ini, karena Luna digandeng duta salah satu produk elektronik, Toshiba, dan juga menjadi pernah menjadi ikon KapanLagi.com.

Pada 27 November Luna membuka usaha barber shop New Hair Glory di Kemang 1 No.2B Unit 3 Jakarta. Salah satu bekal saat dirinya sudah tak eksis lagi di dunia hiburan.

Awal Desember 2008, Luna kembali menjalin hubungan dengan mantan kekasihnya, Ariel Peterpan, yang statusnya duda usai bercerai dari Sarah Amalia pada 27 Mei 2008.

Luna yang namanya sempat dicatut pada salah satu situs porno itu semakin mantap melangkah di dunia hiburan. Namanya semakin berkibar setelah menjadi presenter musik acara DAHSYAT di RCTI yang tayang setiap hari bersama artis Raffi Ahmad dan Olga Syahputra.

Popularitas Luna kian terbukti saat Luna membuat akun laman paling populer saat ini Twitter. Hanya dalam waktu singkat, Luna telah mengumpulkan lebih dari seratus ribu follower.

Tak cukup jadi presenter, pemain film/sinetron dan penyanyi. Kini Luna Maya merambah dunia penyutradaraan. Ia mendapat kesempatan untuk membesut film pendek, SUCI AND THE CITY.

Jelang penghujung 2009, Luna kembali jadi buah bibir. Hal ini terkait dengan posting status yang berasal dari akun Twitter miliknya terhadap media infotainment. Kabarnya Luna marah karena putri Ariel Peter Pan, Alleia Anata, yang ia gendong, kala itu sedang tertidur, tak sengaja terantuk kamera wartawan yang akan mewawancarainya. Setelah posting itu, beragam komentar ditujukan pada Luna, ada yang mendukung dan ada yang menyesalkan tindakannya, karena ia adalah seorang publik figur. Tak lama setelah kejadian itu, akun Luna di Twitter sudah dihapus, namun sebelumnya ia sempat meminta maaf lewat akunnya itu.

Luna Maya dilaporkan pekerja infotaimen ke Kepolisian Daerah (Polda) Metro Jaya setelah menuliskan komentar lewat situs jejaring sosial Twitter yang dianggap menghina profesi. Luna dilaporkan ke polisi dengan pasal 27 ayat 3 Undang-Undang Informasi dan Transaksi Elektronik (ITE). Selain itu, Luna juga dijerat dengan pasal 310, 311 dan 315 Kitab Undang-Undang Hukum Pidana yang intinya dituding telah melakukan pencemaran nama baik dan atau, fitnah dan atau penghinaan dan atau perbuatan tidak menyenangkan.