2003年6月26日，卢克·沃顿被洛杉矶湖人队在2003年NBA选秀第二轮第3顺位选中；7月8日，卢克·沃顿和湖人签订一份为期2年的合同；2004年2月2日，卢克·沃顿代表湖人，对阵印第安纳步行者队得到个人生涯新高的9分和赛季最高2盖帽；2月8日，湖人对阵魔术，卢克·沃顿得到个人生涯新高的7次助攻；2月25日，卢克·沃顿代表湖人，对阵丹佛掘金队得到个人生涯个人最高4抢断；3月8日，卢克·沃顿代表湖人，对阵犹他爵士队出场38分钟创个人生涯个人记录；2003-04年赛季，卢克·沃顿代表湖人出战72场，场均得到2.4分、1.8篮板和1.6助攻。
2005年1月25日，卢克·沃顿代表湖人，对阵西雅图超音速队得到生涯新高19分；4月15日，卢克·沃顿代表湖人，对阵国王得到10分和生涯最高12篮板，也是生涯首次两双。2004-05年赛季，卢克·沃顿代表湖人出战61场，场均得到3.2分、2.3篮板和1.5助攻。
2005年6月30日，卢克·沃顿获得了湖人的一份资质报价，并成为了一名受限制自由球员；7月1日，卢克·沃顿成为了一名完全自由球员；8月8日，卢克·沃顿和湖人签订一份为期2年的合同；12月9日，卢克·沃顿代表湖人，对阵芝加哥公牛队得到个人生涯新高的7助攻；2006年1月3日，卢克·沃顿代表湖人，对阵爵士得到个人生涯最高4抢断；3月12日，卢克·沃顿代表湖人，对阵超音速得到生涯季最高17分；4月6日，卢克·沃顿代表湖人，对阵掘金出场38分钟创生涯个人记录；2005-06赛季，卢克·沃顿代表湖人出战69场，场均得到5分、3.6篮板和2.3助攻。
2006年12月8日，卢克·沃顿代表湖人，对阵老鹰得到生涯最高25分；12月29日，卢克·沃顿代表湖人，对阵夏洛特山猫队得到生涯最高11篮板和生涯最高5抢断；2007年3月18日，卢克·沃顿代表湖人，对阵明尼苏达森林狼队得到生涯最高11助攻；2006-07年赛季，卢克·沃顿代表湖人出战60场，场均得到11.4分、5篮板和4.3助攻。
2007年7月1日，卢克·沃顿成为一名完全自由球员；7月12日，卢克·沃顿和湖人签订一份为期多年的合同；2007-08年赛季，卢克·沃顿代表湖人出战74场，场均得到7分、3.9篮板和2.9助攻。
2009年2月20日，卢克·沃顿代表湖人，对阵新奥尔良鹈鹕队，得到该赛季个人最高得分14分；2008-09赛季，卢克·沃顿代表湖人出战65场，场均得到5分、2.7篮板和2.9助攻。
2009年11月8日，卢克·沃顿代表湖人，对阵鹈鹕，得到该赛季个人最高得分11分；2009-10赛季，卢克·沃顿代表湖人出战29场，场均得到2.3分、1.3篮板和1.3助攻。
2011年1月25日，卢克·沃顿代表湖人，对阵爵士，得到该赛季个人最高得分9分；2010-11赛季，卢克·沃顿代表湖人出战54场，场均得到1.6分、1.2篮板和1.1助攻。
2012年1月10日，卢克·沃顿代表湖人，对阵菲尼克斯太阳队，得到该赛季个人最高篮板8个；2011-12赛季，卢克·沃顿代表湖人出战9场，场均得到1.3分、1.5篮板。
2012年3月15日，卢克·沃顿、贾森·卡波诺以及一个2012年第一轮选秀权被交易到克里夫兰骑士队，湖人获得克里斯蒂安·艾恩加和拉蒙·塞申斯。
2011-12赛季，卢克·沃顿代表骑士出战21场，场均得到2分、1.6篮板和1.4助攻。
2013年3月5日，卢克·沃顿得到个人生涯最高的12次助攻，他老爹比尔·沃顿生涯单场最高助攻是1975年2月，14次。而历史上还有另外三对父子，都做到过单场至少12次助攻，是里克·巴里、布伦特·巴里父子，迈克·毕比、亨利·毕比父子和吉米·沃克、杰伦·罗斯父子。2012-13赛季，卢克·沃顿代表骑士出战50场，场均得到3.4分、2.9篮板和3.3助攻。
2013年7月1日，卢克·沃顿成为一名完全自由球员；7月12日，卢克·沃顿作为一名完全自由球员被骑士裁掉，随即宣布退役。在出战的564场常规赛比赛中，卢克·沃顿场均出场17.2分钟，得到4.7分、2.9篮板、2.3助攻。
助教生涯
2014-15年赛季，卢克·沃顿作为退役球员加入了金州勇士队，成为了史蒂夫·科尔的教练组成员之一，并且随队夺取了2014-15年NBA总冠军。
2015年7月30日，卢克·沃顿接替埃尔文·金特里为金州勇士队首席助教。
主帅生涯
2015年10月25日，勇士总经理鲍勃·迈尔斯宣布，卢克·沃顿将会执教球队的2015-16年赛季揭幕战。
2015年12月2日，联盟公布了新赛季第一个月最佳教练（10月-11月）的得奖名单。西部最佳教练是勇士队的卢克·沃顿。沃顿在主教练科尔缺席的情况下，带领勇士打出了24连胜的不败战绩，高居全联盟榜首。勇士队史上第一次11月份取得不败的战绩。NBA官方申明，该战绩属于主教练史蒂夫·科尔。
2016年4月30日，卢克·沃顿与洛杉矶湖人队签订一份5年2500万美元的合同，成为球队主帅。卢克·沃顿将成为湖人队历史上第26位主教练，也是湖人搬迁至洛杉矶以后的第22任主教练。 12月1日，卢克·沃顿获得2016-17赛季NBA11月西部最佳主教练提名。
2016-17赛季，卢克·沃顿执教湖人，取得26胜56负，西部第14名的成绩。
2019年4月13日，湖人队官方宣布卢克·沃顿卸任湖人主教练。沃顿共在湖人执教三个赛季，取得98胜148负的战绩。
2019年4月16日，萨克拉门托国王队官方宣布卢克·沃顿成为球队新主帅。
▪ 2003 全PAC-12第一阵容 （获奖）
▪ 2002 运动新闻全美第二阵容 （获奖）
▪ 2002 全PAC-12第一阵容 （获奖）
▪ 2002 PAC-12锦标赛最杰出运动员奖 （获奖）
▪ 2002 PAC-12全锦标赛阵容 （获奖）
▪ 2015 2014-15年NBA总冠军（助理教练） （获奖）
▪ 2010 2009-10年NBA总冠军（球员） （获奖）
▪ 2009 2008-09年NBA总冠军（球员） （获奖）
卢克·沃顿是一个非常聪明的球员。他经常能够看到比赛中的细节，他一直都在三重思考。很多教练只会想到两个组合，但是他会想到三个。（菲尔·杰克逊评）
卢克·沃顿是一名普通的球员，而且背部情况不好。他的头脑一直都非常聪明，他理解比赛的节奏和空间，而且知道以正确的方式管理球队。（科比·布莱恩特评）
卢克·沃顿很喜欢和球员们打成一片，而且他非常善于和球员进行沟通。（德安吉洛·拉塞尔评）
