Petit fils d'un peintre connu en Italie et fils d'un écrivain, Daniele Luchetti poursuit naturellement des études en Lettres et Histoire de l'Art. Ami de Nanni Moretti, il fait une courte apparition dans Bianca (1983) avant d'être assistant réalisateur sur La Messe est finie en 1985. Il fera de nouveau l'acteur pour Palombella rossa (1989)

Il réalise des spots publicitaires pour Suzuki, Fiat et Galbani avant de participer à Juke box, un film collectif, en 1985. Trois ans plus tard, il écrit et réalise son premier long-métrage Domani, Domani dans lequel on retrouve celle qui sera son actrice fétiche Margherita Buy. Le film lui permet de remporter le Donatello du meilleur nouveau réalisateur. Suit en 1990 La semaine du sphinx, toujours avec Margherita Buy, et dans lequel il rend hommage à son réalisateur préféré, François Truffaut.

Le Porteur de serviette, qu'il tourne l'année suivante, est le film de la consécration. Considéré comme son meilleur film à ce jour, Le Porteur de serviette est même le premier métrage de Luchetti à être distribué en France. Il recevra aussi le Donatello du meilleur scénario. Dans ce film, Daniele Luchetti offre un des rôles principaux à son ami Nanni Moretti, pour un casting quatre étoiles : Silvio Orlando, Angela Finocchiaro, Giulio Brogi, Ivano Marescotti, Renato Carpentieri ou encore Giulio Base. Le Porteur de serviette évoque la corruption politique dans l'Italie de la fin des années 80.

En 1993, il réalise Arriva la bufera, pour une troisième collaboration avec Margherita Buy puis, deux ans plus tard, La Scuola , qui est un succès public. Après une courte parenthèse en tant qu'acteur dans Il Cielo è sempre più blu d'Antonio Luigi Grimaldi, il dirige Stefano Accorsi dans l'un de ses premiers film, I Piccoli maestri (1998). L'année suivante, Luchetti signe un court-métrage mémorable sur l'Art 12 pomeriggi avant, en 2001, de participer au projet Un autre monde est possible : un documentaire collectif signé par la quasi totalité des cinéastes italiens en activités, de Marco Bellocchio à Francesca Comencini en passant par les frères Taviani, Michele Placido ou Marco Tullio Giordana.

Pour son retour au cinéma, Daniele Luccheti réalise le brillant Dillo con parole mie. Malheureusement, le film passera complètement inaperçu à sa sortie. Mon frère est fils unique, présenté dans la section Un certain regard lors du festival de Cannes 2007, et inspiré du roman d'Antonio Spandrels Il fasciocomunista, permet en revanche une réconciliation entre le public et le cinéma de Luchetti.