Affermato scrittore di letteratura gialla e noir, vive tra Mordano (Bo) e San Marino.
Il suo percorso narrativo va dai racconti brevi sparsi nelle varie antologie del Gruppo 13 (di cui fa parte) alla trilogia giallo-storica con il commissario De Luca pubblicata dalla Sellerio (Carta bianca, L'estate torbida e Via delle Oche). Dopo Almost blue (1997), Il giorno del lupo (1998 e 2008), L'isola dell'Angelo caduto (1999, Finalista al Premio Bancarella 2000), Mistero in blu (1999 e 2008), Guernica (2000) e Lupo mannaro (2001), tra i suoi libri pubblicati da Einaudi Stile libero ci sono il romanzo Un giorno dopo l'altro (2000 e 2008) e i racconti di Il lato sinistro del cuore (2003); poi Misteri d'Italia (2002), Nuovi misteri d'Italia (2004), La mattanza (2004) e Piazza Fontana (2007), gli ultimi due con allegati i Dvd del ciclo televisivo "Blu notte".
Insieme a Eraldo Baldini e Giampiero Rigosi ha scritto Medical Thriller (2002), mentre suoi racconti sono inseriti nelle antologie Crimini (2005) e Crimini italiani (2008). Nel 2008, Einaudi ha pubblicato il suo romanzo, L'ottava vibrazione, e Storie di bande criminali, di mafie e di persone oneste.
Nel 2010 è uscito I veleni del crimine e Acqua in bocca (scritto a quattro mani con Andrea Camilleri). Nel 2013 è uscito Il sogno di volare (Einaudi Stile Libero). Nel 2018 è uscito il saggio Amok. Le stragi dell'odio, scirtto insieme a Massimo Picozzi, e Peccato mortale. Un'indagine del commissario De Luca (Einaudi).
L'opera di Lucarelli è tradotta in piú lingue (anche per la prestigiosa Série noir della Gallimard in Francia) ed è oggetto di versioni cinematografiche e televisive, tra cui la serie "L'ispettore Coliandro" e il ciclo dedicato al commissario De Luca. Da un suo racconto (La Tenda Nera in Nero Italiano, Mondadori) è stato tratto uno sceneggiato televisivo con Luca Barbareschi e dal suo romanzo Almost Blue Alex Infascelli ha tratto il film omonimo. Inoltre ha collaborato con Dario Argento per il suo ultimo film Nonhosonno.
Il suo libro Lupo Mannaro è diventato un film di Antonio Tibaldi con sceneggiatura sua e di Laura Paolucci. Sono pronte le sceneggiature e sono stati acquistati i diritti anche di diverse sue opere quali Laura di Rimini.
Conduce da alcuni anni in Tv "Mistero Blu", intitolata successivamente "Blu notte", la fortunata trasmissione dedicata a casi misteriosi e insoluti, o ad aspetti in ombra della storia italiana. Per questo programma ha ricevuto il Premio Flaiano nel 2006.
Membro della sezione italiana dell’AIEP (Associazion Internazional Escritor de Poliziaco, fondata a Cuba da Paco Ignatio Taibo II) è stato docente di scrittura creativa alla Scuola Holden di Alessandro Baricco a Torino e nel carcere "Due Palazzi" di Padova. Ha creato e curato la rivista telematica "Incubatoio 16".
Ha sceneggiato il radiodramma Radio "Bellablù" per RadioTre e condotto il programma Radio "DeeGiallo" per Radio Dee Jay. Tra le sue numerose altre attività: scrive sceneggiature di fumetti e soggetti per videoclip (anche per Vasco Rossi, con la regia di Roman Polansky), canta per diletto talvolta con il gruppo post-punk Progetto K. Per il teatro ricordiamo alcuni spettacoli tratti da sue opere o portati in palcoscenico da lui stesso: "Pasolini", "Guernica", "Tenco a tempo di tango".
È uscita nel 2014 una raccolta di racconti gialli dal titolo Giochi criminali dove il suo testo A Girl Like You appare accanto a quelli di De Giovanni, De Silva e De Cataldo. Nel 2017 in Intrigo italiano ritorna sulla scena il Commissario De Luca, protagonista della fortunata trilogia pubblicata da Sellerio nei primi anni '90. Nel 2020 esce per Einaudi L' inverno più nero. Un'indagine del commissario De Luca.
Dal 2021 insieme a Massimo Picozzi ha pubblicato per Solferino dei saggi sulla storia dell'omicidio in Italia. Nero come il sangue. Storia dell'omicidio dalla Rivoluzione francese ai giorni nostri (2021), Nero come l'anima. Storia dell'omicidio dal Rinascimento alla Rivoluzione francese (2022) e Nero come il terrore. Storia dell'omicidio nel Medioevo. (2023)