Actrice italienne, Luciana Angiolillo est découverte par le réalisateur Luciano Emmer qui lui offre un rôle central dans Camilla (1954). On la retrouve ensuite à l’affiche d’Il n’y a pas de plus grand amour (Bianchi, 1955) ou Le miroir aux alouettes (Sala, 1959). Si l’on voit encore Luciana Angiolillo dans La fille à la valise (Zurlini, 1961), une jolie comédie dramatique, l’actrice va peu à peu se tourner vers un cinéma plus commercial et populaire.
Elle joue dans La reine des Amazones (Sala, 1960) et Hercule à la conquête de l’Atlantide (Cottafavi, 1961). Elle incarne Andromaque dans La guerre de Troie (Ferroni, 1961). Ensuite, elle est encore excellente dans Le fanfaron (Risi, 1962), I due pericoli pubblici (Fulci, 1964), Ça casse à Caracas (Baldi, 1966) et Le carnaval des truands (Montaldo, 1967).
Toutefois, sa carrière ne décolle pas et elle abandonne le spectacle pour se lancer dans le monde de l’entreprise avec succès. Elle prend sa retraite en 1990.