ลุค เบซอง เริ่มต้นทำงานในวงการภาพยนตร์ในปี 1977 โดยเขาได้ทำงานเป็นผู้ช่วยผู้กำกับทั้งในฝรั่งเศสและอเมริกา ในปี 1983 เบซองประเดิมงานกำกับชิ้นแรก ด้วยภาพยนตร์เรื่อง The Last Battle ซึ่งทำให้เขาเริ่มมีชื่อเสียงในเทศกาลภาพยนตร์อาโวเรียซ แฟนแทสติค สองปีต่อมา เขากำกับภาพยนตร์เรื่อง Subway ซึ่งนำแสดงโดย อิซาเบลล์ แอ็ดจานี และคริสโตเฟอร์ แลมเบิร์ต ภาพยนตร์เรื่องนี้ได้รับรางวัลซีซาร์
เบซองยังได้เขียนบทและกำกับภาพยนตร์เรื่อง The Big Blue ถึงแม้ภาพยนตร์เรื่องนี้จะได้รับการต้อนรับที่ไม่ดีนักในงานเทศกาลภาพยนตร์เมืองคานส์ แต่มันกลับกลายเป็นปรากฎการณ์ทางสังคม ถึงแม้เสียงวิจารณ์อาจไม่ค่อยดีนัก แต่ภาพยนตร์เรื่อง La Femme Nikita (1990) และ Léon: The Professional (1994) กลับได้รับการต้อนรับในหมู่คนดู จนทำให้เขามีชื่อเสียงในฝรั่งเศส รวมถึงเป็นที่รู้จักในระดับโลก ในระหว่างภาพยนตร์สองเรื่องนี้ เบซองได้กำกับภาพยนตร์เรื่อง Atlantis (1991) ภาพยนตร์สารคดีที่มีเป้าหมายเพื่อเพิ่มการรับรู้เกี่ยวกับความงดงามของธรรมชาติและความจำเป็นที่จะต้องปกป้องธรรมชาติเอาไว้
ในปี 1995 เขากำกับภาพยนตร์ไซไฟเรื่อง The Fifth Element ซึ่งกลายเป็นหนึ่งในภาพยนตร์ฝรั่งเศสสุดฮิตที่ทำรายได้สูงสุดในอเมริกา และในปี 1998 เบซองคว้ารางวัลซีซาร์สาขาผู้กำกับยอดเยี่ยม ในปี 1999 เขากำกับภาพยนตร์เรื่อง Joan of Arc, The Messenger: The Story of Joan of Arc ซึ่งทำให้เขาได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลซีซาร์ ผู้กำกับยอดเยี่ยมอีกครั้ง ในปี 2000 เขาได้รับตำแหน่งประธานคณะกรรมการที่งานเทศกาลภาพยนตร์เมืองคานส์ครั้งที่ 53 ทำให้เขากลายเป็นประธานที่มีอายุน้อยที่สุดในประวัติศาสตร์ของงานเทศกาลนี้
ในปี 2005 เขากลับมาทำงานกำกับอีกครั้งด้วยภาพยนตร์เรื่อง Angel-A ในปี 2006 เขากำกับและร่วมเขียนบทให้กับภาพยนตร์แอนิเมชั่นเรื่องแรกของเขา เรื่อง Arthur and the Invisibles ซึ่งดัดแปลงจากหนังสือที่เขาเป็นคนเขียนขึ้นมาเองภาพยนตร์เรื่อง Arthur and the Invisibles ยังมีภาคต่ออีกสองภาค ได้แก่ Arthur 2: The Revenge of Maltazard (2009) และ Arthur 3: The War of the Two Worlds (2010) ในปี 2010 เบซองดัดแปลงนิยายภาพของ ฌ๊าคส์ ทาร์ดี เรื่อง The Extraordinary Adventures of Adèle Blanc-Sec มาสร้างเป็นภาพยนตร์ ในปี 2011 เขากำกับ มิเชลล์ โหย่ว ในภาพยนตร์เรื่อง The Lady ที่ว่าด้วยเรื่องราวของนางอองซาน ซูจี ในปี 2013 เบซองได้นำนิยายของ โทนิโน่ เบแน็คควิสต้า เรื่อง Malavita มาสร้างเป็นภาพยนตร์เรื่อง The Family ซึ่งนำแสดงโดย โรเบิร์ต เดอนีโร, ทอมมี่ ลี โจนส์ และมิเชลล์ ไฟฟ์เฟอร์
นอกจากภาพยนตร์ที่เขากำกับแล้ว เบซองยังเขียนบทให้กับภาพยนตร์มากกว่า 20 เรื่อง อาทิเช่น ภาพยนตร์ชุด Taxi และ Taken 2 ซึ่งปัจจุบันถือว่าเป็นภาพยนตร์ฝรั่งเศสที่ทำรายได้สูงสุดในอเมริกา
