Художественное образование получил в Мехелене, был там членом гильдии художников Св. Луки. Учителя Л. ван Фалькенборха неизвестны. В 1566 году братья Лукас и Мартен ван Фалькенборх, художники Ханс Вредеман де Врис и Хендрик Стенвейк, все протестанты по вероисповеданию, вследствие религиозных притеснений покидают католический Лёвен и уезжают сперва в Ахен, а затем в Льеж. В Антверпене Лукас знакомится с эрцгерцогом Маттиасом, штатгальтером Испанских Нидерландов (впоследствии императором Священной Римской империи), и в 1579 году поступает к нему на службу. После того, как Маттиас оставляет в 1581 году пост штатгальтера и возвращается в Линц, Лукас следует за ним как придворный художник.
В 1592/1593 годах Л. ван Фалькенборх переводит свою мастерскую из Линца во Франкфурт-на-Майне, где с 1586 года уже живёт его брат Мартен. В 1594 он получает франкфуртское гражданство. В художественной мастерской ван Фалькенборха всегда обучалось много учеников — среди них Георг Флегель и Яспер ван дер Линден. Брат Лукаса, Мартен и оба его сына, Гиллис и Фредерик, также были художниками.
Лукас ван Фалькенборх писал преимущественно пейзажи в стиле произведений Питера Брейгеля Старшего. Часто встречаются у него полотна на тему «Времена года» с изображением сельскохозяйственных работ и городского быта. Также создавал картины по рыночным сценкам, занимался портретной живописью.
Зимный пейзаж
Летный пейзаж. Жатва. (1585)
Прогулка императора по лесу в окрестностях Вены (1593)
Портрет Сибиллы, герцогини Юлих-Клеве-Берг (1579-80)
Император Матвей (1580)
Вавилонская башня (1595)
Зима (1595)
В гостях
Горный пейзаж (1582)
Вид на Маас с рудниками и плавильными печами (1580)
Пейзаж
Рыбак у лесного озера (1590).