Luca De Bei nasce a Padova da padre veneto e madre italoamericana. Cresce a Napoli. Si diploma alla scuola di recitazione del Teatro Stabile di Genova. Come autore e regista debutta nel 1990 a New York con Buio Interno e Off Brodway. Tra i suoi testi: Un cielo senza nuvole, I cani davanti alla lepre (tradotto in tedesco dal Burgtheatre di Vienna e in inglese dal National Theatre di Londra), La Spiaggia (con Maria Paiato), Cacciatori nella neve, Un cuore semplice (dal racconto di Flaubert e ancora con Maria Paiato), Un luogo dove non sono mai stato (dai racconti di David Leavitt).
Nel 2001 vince il Premio Flaiano e nel 2002 il Premio Europeo per la Drammaturgia del Festival di Heidelberg. Con Un forte ronzio di mosche è finalista al premio Enrico Maria Salerno nel 2008. Con Le mattine dieci alle quattro vince nel 2011 il prestigioso premio Le Maschere del Teatro – Oscar del Teatro come miglior autore italiano e il Golden Graal 2010 come miglior regista.
Nel 2011 porta in scena Questo sogno, una brillante disanima sull’amore, il sesso e i sentimenti. Nel 2012 adatta e dirige L’uomo della sabbia uno dei racconti più famosi ed inquietanti di E.T.A. Hoffmann.
I suoi testi sono pubblicati in Germania dalla Drei Masken Verlag di Monaco. Alla sua attività di autore di teatro alterna quella di sceneggiatore cinematografico e televisivo.