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  1995年畢業於卡塔尼亞“伽利略”科學高中。1999年在義大利那不勒斯腓特烈二世大學以一篇關於國際法的論文獲得政治學學士學位。2000年畢業於波佐利義大利空軍學院。  2001年,他參加了在美國德克薩斯州謝潑德空軍基地舉行的歐洲 - 北約噴氣機飛行員基礎飛行聯合演習訓練活動。2002年參與了德國森巴赫美國駐歐空軍基地的訓練課程。  2007年入選試飛員。期間為空軍中校軍銜。他的累計飛行時間超過2000小時,駕駛過超過40多種類的飛機。2009年5月入選歐空局航天員。

  

  2013年5月28日,載有費奧多爾·尤爾奇欣、卡倫·尼貝里和盧卡·帕爾米塔諾的聯盟TMA-09M載人飛船在拜科努爾發射場升空。  2013年7月9日,他和卡西迪進行了太空行走任務,成為第一個太空行走的義大利人。他們主要在尋求號氣密艙安裝了一些實驗裝置,並進行了維護工作。  7月16日,他和卡西迪進行了第二次艙外活動,卻在1小時32分鐘後被迫終止。他突遇宇航服頭盔進水、險些被“淹死”的事件。在遇到異常情況後,他嘗試聯絡同伴卡西迪和控制中心,但聲音漸趨微弱,沒有人能夠聽到。他靈機一動,想到了安全繩,利用繩子的反衝原理,將自己拉回空間站艙門。空間站內駐守的宇航員開始迅速給密封艙增壓,以便他們進艙。內艙門開啟後,同事們把他拉進去,幫他脫掉頭盔,總算脫險。12月的《紐約時報》刊文稱,事故原因可能是宇航服過濾器堵塞,導致冷卻水倒流。NASA在2014年2月26日公佈的一份報告稱,故障可能是因有矽酸鋁碎屑堵住了一個水管並迫使液體進入航天服通風系統造成的。故障調查委員會主席漢森說,這或許是美航宇局迄今遇到的最嚴重的一次太空行走問題。

  從2017年5月開始,為搭乘新“聯盟MS”系列飛船例行飛赴國際空間站,帕爾米塔諾在加加林宇航員培訓中心學習必要的知識和技能,包括聯盟MS載人飛船的構造和系統,以及在不同氣候地理地區進行模擬著陸的訓練,還有單獨專案的生物醫學培訓及俄語技能。  2018年5月,歐空局宣佈帕爾米塔諾將是聯盟MS-13的機組隊員。他將擔任遠征60任務的飛行工程師。

  雖然出生在帕特爾諾,但他把卡塔尼亞當作自己的家鄉。已婚,妻子是美國人,他們育有2個女兒。

  小行星37627以他的名字命名。
盧卡·帕爾米塔諾(,1976年-9月27日)是義大利工程師,歐洲空間局航天員。他也是義大利空軍飛行員,上校軍銜。