Закончил художественную Академию Сан-Фернандо. Путешествовал по Италии, Франции, Марокко. В 1851 был назначен придворным живописцем Карла III. В 1855 выставлял свои работы на Всемирной выставке в Париже. Его сын — художник Эухенио Лукас Вильяамиль (1858—1918).
Манера художника сложилась под воздействием Веласкеса, Мурильо и Гойи. Он — автор портретов, пейзажей, гротескно-фантастических сцен. Ряд его работ долгое время приписывались Гойе.
Пять работ Лукаса Веласкеса представлены в музее Прадо, три — в Лувре.
Страшный суд
Дилижанс в грозу, 1854
Большая коррида