Specjalizował się w repertuarze bel canto, szczególnie w operach Belliniego, Donizettiego, Rossiniego i wczesnego Verdiego. Dyskografia Pavarottiego obejmuje ponad trzydzieści oper zarejestrowanych w całości. Na całym świecie sprzedano ok. stu milionów płyt z jego nagraniami.

Jego ojciec był chórzystą w miejscowej operze. Jako dwunastolatek Luciano był na występie Beniamina Gigli, co zrobiło na nim ogromne wrażenie i - jak twierdził artysta - wpłynęło na jego późniejsze decyzje.

W 1961 r. Pavarotii wygrał międzynarodowy konkurs wokalny w Teatro Reggio Emilia. W tym samym roku zadebiutował na tamtejszej scenie partią Rudolfa w "Cyganerii". Wkrótce Tullio Serafin zaprosił Pavarottiego do zaśpiewania roli księcia w "Rigoletcie" w Teatro Massimo w Palermo.

W 1963 r. śpiewak po raz pierwszy wystąpił w spektaklach operowych poza granicami Włoch - m.in. w "Łucji z Lammermoor" w Amsterdamie i w "Madame Butterfly" w Barcelonie.

W 1964 r. podpisał pierwszy kontrakt z firmą Decca. W następnym roku po raz pierwszy pojawił się w Ameryce, w "Łucji z Lammermoor" w Miami. Zadebiutował też w La Scali - w "Rigoletcie".

W 1966 r. nagrał dla firmy Decca pierwszą operę w całości - "Beatrice di Tenda" Belliniego oraz recital arii operowych. Wystąpił też w Covent Garden w "Córce pułku" Donizettiego z Joan Sutherland. W 1967 roku podpisał kontrakt na wyłączność nagrań z firmą Decca.

W latach 70. i 80. Pavarotti wiele podróżował, nagrywał, rozszerzał swój repertuar, zdobywając opinię jednego z najwspanialszych tenorów świata.

W 1990 r. odbył się słynny koncert trzech tenorów - Pavarotti wraz z Placido Domingiem i Jose Carrerasem wystąpił w rzymskich Termach Karakalli. Nagranie z tego koncertu stało się największym przebojem fonograficznym w dziedzinie muzyki poważnej. W ciągu trzech miesięcy sprzedano na świecie trzy miliony płyt i kaset.

Od tego czasu Pavarotti chętnie występował na wielkich koncertach plenerowych. Jednym z nich był występ w Hyde Parku, dla 150 tysięcy fanów, w obecności księcia i księżnej Walii. W 1992 r. po raz pierwszy zorganizował w rodzinnej Modenie koncert charytatywny "Pavarotti i przyjaciele", gdzie zaśpiewał wspólnie z gwiazdami muzyki rockowej i rozrywkowej, m.in. ze Stingiem, Zucchero, Mikem Oldfieldem. Z Pavarottim nagrywali m.in. Bono z U2, Ricky Martin, Eric Clapton.

W 1994 r. po raz drugi doszło do spotkania trzech tenorów - tym razem na Dodger Stadium w Los Angeles. W 1995 r. Pavarotii wystąpił w Polsce.

Wydarzeniem był jego ślub 13 grudnia 2003 roku z Nicolettą Mantovani, jego byłą sekretarką, młodszą o 35 lat. Uroczystość zaślubin odbyła się w teatrze w Modenie.

Po raz ostatni Pavarotti wystąpił przed światową widownią 10 lutego 2006 roku, gdy wykonał arię "Nessun Dorma" podczas otwarcia Zimowych Igrzysk Olimpijskich w Turynie.

W 2004 roku Pavarotti zrezygnował z występów w spektaklach operowych, z powodu kłopotów z nadwagą i kolanem, które przeszkadzały mu w poruszaniu się po scenie. W tym samym roku niespodziewanie zerwał swoją pożegnalną trasę dookoła świata.

W 2006 r. tenor przeszedł operację raka trzustki. W połowie sierpnia trafił do szpitala w rodzinnej Modenie z powodu zapalenia płuc. Zmarł 6 września.