Luiz Henrique nasceu em Petrópolis (RJ) e ingressou nas categorias de base do Fluminense, em Xerém, aos 9 anos, em 2010. Sua estreia no profissional aconteceu em 12 de agosto de 2020, no empate por 1 a 1 contra o Palmeiras, entrando no segundo tempo. Pouco depois, em 17 de outubro, marcou seu primeiro gol, contra o Ceará. Ao todo, vestindo a camisa tricolor, atuou em 120 partidas, balançou as redes 14 vezes e entregou 14 assistências
Em julho de 2022, veio sua transferência para o Real Betis, da Espanha, com contrato até 2028. Lá, disputou 64 jogos, marcou 4 gols e deu 10 assistências, com destaque para uma assistência em uma vitória sobre o Barcelona.
No dia 31 de janeiro de 2024, o Botafogo anunciou a contratação de Luiz Henrique, em uma operação histórica: o valor da transferência chegou a R$ 106,6 milhões, a maior do futebol brasileiro até então. Em números finais, incluindo variáveis, o montante pode ter chegado a 18 milhões de euros (cerca de R$ 111 milhões).
Desde sua estreia, Luiz Henrique colecionou gols antológicos no Botafogo:
Contra o Atlético-MG (Brasileirão 2024) — um chute de fora da área, preciso e potente.
Contra o Flamengo (Brasileirão 2024) — surpreendeu ao mandar de primeira no canto direito, celebrando com uma máscara do Pantera Negra.
Semifinal da Libertadores contra o Peñarol — marcou de cobertura, garantindo vitória por 5 a 0.
Clássico contra o Vasco (Brasileirão 2024) — drible-chute que balançou as redes.
Contra o Internacional (Brasileirão 2024) — entrada na área e finalização precisa.
Além disso, marcou um golaço na Libertadores contra o Universitario (PER). No total, pelo Botafogo, acumula 12 gols em 52 partidas, entre competições nacionais e continentais
Na final da Copa Libertadores de 2024, contra o Atlético-MG, Luiz Henrique brilhou:
Abriu o placar aos 35 minutos, após rebote e finalização certeira.
Pouco depois, sofreu o pênalti que originou o gol de Alex Telles.
Foi eleito o craque da Libertadores 2024.
Logo após, foi premiado com nota 10 pela atuação no GE.
O Botafogo venceu por 3 a 1, mesmo atuando com um jogador a menos quase todo o jogo, e garantiu sua primeira Libertadores.
Poucos dias depois, o Botafogo conquistou também o Campeonato Brasileiro de 2024. Luiz Henrique acumulou mais troféus e reconhecimentos:
Em janeiro de 2025, seu passe foi negociado com o Zenit, por um valor recorde para o Botafogo — cerca de R$ 220 milhões, mantendo o clube carioca com 20 % dos direitos econômicos