Luca Marini (Urbino, 10 augustus 1997) is een Italiaans motorcoureur. Hij is de halfbroer van negenvoudig wereldkampioen wegrace Valentino Rossi.
Marini maakte zijn debuut in de motorsport tijdens het laatste raceweekend van het Europese mini-kampioenschap in Nederland en werd direct vijfde. Het jaar daarop werd hij kampioen in de enduranceklasse van het Telethon-kampioenschap. Tevens werd hij zesde in het Italiaanse Minimoto-kampioenschap. In 2008 stapte hij over naar de Honda Junior Trophy, waarin hij een aantal overwinningen boekte. In 2010 kwam hij uit in het Italiaanse mini-kampioenschap met een Honda-motor van het team Gresini Racing.
In 2011 reed Marini in de Italiaanse Mini GP 80-klasse, waarin hij alle acht de races won en zo kampioen werd. In 2012 nam hij deel aan het Italiaanse Moto3-kampioenschap, waarin hij op een Honda deelnam aan het raceweekend op het Circuit Mugello. In 2013 reed hij fulltime in dit kampioenschap. Daarnaast kreeg hij dat jaar een wildcard om op een FTR Honda deel te nemen aan de Grand Prix van San Marino in de Moto3-klasse van het wereldkampioenschap wegrace, maar hij kwam al in de eerste ronde ten val en kon de race niet uitrijden.