Γεννήθηκε στην Αθήνα, όπου σπούδασε Μουσική και Νομικά, στο Ωδείο Αθηνών και στο Πανεπιστήμιο Αθηνών, αντίστοιχα. Από το 1976 έως το 1981 συνέχισε τις σπουδές του με ειδίκευση στη διεύθυνση ορχήστρας στο Πανεπιστήμιο των Τεχνών του Δ. Βερολίνου με τον Χέρμπερτ Άλεντορφ, ενώ παράλληλα παρακολουθούσε σεμινάρια διεύθυνσης ορχήστρας στο «Μοτσαρτέουμ» του Σάλτσμπουργκ με τους Ότμαρ Σουίτνερ και Βάλτερ Βέλλερ.

Από το 1981 έως το 1985 εργάστηκε στη Γερμανία (Κόμπλεντς, Κολωνία, Βερολίνο). Κατά τη διαμονή του στο Βερολίνο, υπήρξε καλλιτεχνικός διευθυντής του «Πίκολο Τεάτρο Μπερολίνο». Tο 1985 έλαβε θέση τακτικού αρχιμουσικού στην Εθνική Λυρική Σκηνή, στην οποία έγινε Μουσικός Διευθυντής το 1992. Από το 1999 έως το 2005 υπήρξε Καλλιτεχνικός Διευθυντής της.

Στο διάστημα αυτό, το δραματολόγιο του οργανισμού αυξήθηκε σημαντικά. Προστέθηκαν 17 νέες όπερες και 4 οπερέτες καλύπτοντας το ρεπερτόριο από το μπαρόκ -που καλλιεργήθηκε συστηματικά- (Μαινόμενος Ορλάνδος-Βιβάλντι, Αλστίνα – Χαίντελ) έως τον 20ο αιώνα (Γκραν Μακάμπρ – Λίγκετι, Πήτερ Γκράιμς – Μπρίττεν). Επίσης συνεχίστηκε και διευρύνθηκε η πρακτική των συμπαραγωγών/συνεργασιών με θέατρα του εξωτερικού και ξεκίνησαν περιοδείες στην Ελλάδα και το εξωτερικό. Παράλληλα, το 2000/01 λειτούργησαν, στο θέατρο Ακροπόλ, η Νέα Σκηνή με παραστάσεις ελληνικής οπερέτας και η Παιδική Σκηνή με παραστάσεις όπερας για παιδιά. Την ίδια χρονιά, δόθηκαν για πρώτη φορά παραστάσεις όπερας για παιδιά στο Ηρώδειο. Το 2003/04 εγκαινιάστηκε η Πειραματική Σκηνή και το 2004/05 ιδρύθηκε η Ανώτερη Σχολή Μπαλέτου της Ε.Λ.Σ. Καθ' όλη την διάρκεια της θητείας του, προσπάθησε να πείσει την ελληνική Πολιτεία για την αναγκαιότητα ύπαρξης νέου κτηρίου για την Όπερα.

O Λουκάς Καρυτινός επανειλημμένα έχει διευθύνει όλες τις σημαντικές ελληνικές ορχήστρες κι έχει πάρει μέρος στα Φεστιβάλ Αθηνών, Επιδαύρου, Αρένας της Βερόνας, Καρακάλλα Ρώμης, Φεστιβάλ Πουτσίνι «Τόρε ντελ Λάγκο», Βίττεν –Γερμανίας, Λας Πάλμας, Αβάνς, Αντίμπ κ.α. Έχει συμπράξει ως αρχιμουσικός με συμφωνικές ορχήστρες όπως η London Philharmonia, RSO-Berlin, Suisse Romande, WDR, Bruckner Orchester Linz, Philomusica Oxford, Orchestre Philharmonique de Nice, ορχήστρα της Ραδιοφωνίας της Βουδαπέστης κ.α. καθώς και με θέατρα όπερας, όπως η Γερμανική Όπερα του Βερολίνου, το Λισέο της Βαρκελώνης, της Κολωνίας, η όπερα «Αριάγα» του Μπιλμπάο, του Μόντε Κάρλο, του Ντιτρόιτ, της Ρώμης, της Κατάνια, του Κάλιαρι, της Μόντενα, του Λιβόρνο, της Πίζας, της Βέρνης , του Σάλτσμπουργκ κ.α.

Έχει συνεργαστεί με σκηνοθέτες όπως οι P.L. Pizzi, G. Vick, G.C. del Monaco, H. De Ana, και καλλιτέχνες όπως οι Gh. Dimitrova, R. Bruson, M. Devia, J. Cura, D. Voigt, M. Guleghina, Α.Κ. Αntonacci, A. Rachvelishvili, L. Oropesa, K. Opolais, J. Starker, V. Tretjakov κ.α. Εκτός από την Ελλάδα έχει διευθύνει στις περισσότερες χώρες της Ευρώπης, στην Κορέα, στις Η.Π.Α., στην Αυστραλία , στην Τουρκία, στην Αίγυπτο, στην Τυνησία κ.α.

Έχει ηχογραφήσει δίσκους για τις εταιρείες BMG, WEA, CBS, ETERNA , DYNAMIC. Το ευρύτατο συμφωνικό ρεπερτόριό του, συμπληρώνεται με περισσότερες από 70 όπερες. Εξ αυτών, σε πρώτη παγκόσμια εκτέλεση, τρεις όπερες του Μίκη Θεοδωράκη, τον «Κ. Καρυωτάκη» με την Εθνική Λυρική Σκηνή και σε σκηνοθεσία Σπ. Ευαγγελάτου, τη «Μήδεια» με την όπερα του Μπιλμπάο και την «Αντιγόνη» παραγωγή του Μεγάρου Μουσικής Αθηνών. Συνεργάστηκε με τον Μ. Καρύδη στην πρώτη πανελλήνια εκτέλεση της όπερας του Β.Α. Μότσαρτ «Η μεγαλοψυχία του Τίτο» και παρουσίασε σε πρώτη πανελλήνια εκτέλεση τον «Κουρσάρο» του Τζ. Βέρντι, την «Γενούφα» του Λ.Γιάνατσεκ και την «Μανόν» του Ζ. Μασνέ. Από τη διεθνή κριτική έχει θεωρηθεί ένας από τους καλύτερους ερμηνευτές της ιταλικής όπερας.

Για τις «εξαιρετικές υπηρεσίες» που έχει προσφέρει στο χώρο της μουσικής τιμήθηκε το 1989 με το «Χρυσό Μετάλλιο Τιμής» του Δήμου Αθηναίων. Το 2001 του απονεμήθηκε το βραβείο «Δημήτρης Μητρόπουλος» από το Γ' Πρόγραμμα-ΕΡΑ. Το 2006, ανέλαβε υπεύθυνος της διάδοσης του έργου του P. Mascagni από το Ίδρυμα P. Mascagni με έδρα το Λιβόρνο – γενέτειρας του συνθέτη- που ως κορύφωση είχε μια μεγάλη περιοδεία σε όλη την Ιταλία της όπεράς του «Ίρις» που είχε μεγάλη απήχηση κι επιτυχία. Για την προβολή του έργου του P. Mascagni αλλά και της ιταλικής όπερας ανά τον κόσμο, τιμήθηκε από τον Πρόεδρο της Ιταλικής Δημοκρατίας με τον τίτλο του «Commendatore dell' Ordine della Solidarieta' Italiana».

Το 2008 η Ένωση Ελλήνων Θεατρικών και Μουσικών Κριτικών, για τις παραστάσεις του της «Τραβιάτα» με την όπερα Θεσσαλονίκης και της «Τουραντότ» με την Εθνική Λυρική Σκηνή στα πλαίσια του Ελληνικού Φεστιβάλ στο Ηρώδειο, καθώς και για την εν γένει προσφορά του στην Όπερα, του απένειμε το «Μεγάλο Βραβείο Μουσικής». Τo 2010 η «Εταιρεία Φίλων της Εθνικής Λυρικής Σκηνής» του απένειμε το Βραβείο «Απόλλων», για τη συνολική μουσική προσφορά του στον Οργανισμό. To 2016 η Ακαδημία Αθηνών του απένειμε το Βραβείο Σπ. Μοτσενίγου (Μουσικής). Στις 27 Μαΐου του 2024, το Τμήμα Μουσικών Σπουδών της Φιλοσοφικής Σχολής του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών ανακήρυξε τον Λουκά Καρυτινό Επίτιμο Διδάκτορα.

Σήμερα ο Λουκάς Καρυτινός, εκτός της μουσικής του δραστηριότητας, διατελεί Διευθυντής της Κρατικής Ορχήστρας Αθηνών και διδάσκει Διεύθυνση Ορχήστρας στο Ωδείο Αθηνών.