Ćwiczył głos z Arrigo Polo w Modenie, a potem w Mantui z Ettore Campogallianim. Zadebiutował jako Rudolf z „Cyganerii” Pucciniego w 1961 roku. Odniósł niebywały sukces i dwa lata później występował już w Covent Garden, potem przyszła kolej na La Scalę (1965), a w 1968 - Metropolitan Operę. Przez prawie trzy dekady od tego czasu był nieustannie obecny na scenie operowej, pojawiając się na wszystkich najważniejszych deskach europejskich i amerykańskich. Wystąpił nawet w latach 80. w Chinach,w słynnej „La bohème” Pucciniego.
Artysta pojawił się w pierwszym „Live from the Met” PBS network, a seria ta przykuwała uwagę widzów przez okrągły rok. Jego katalog nagrań zarejestrowanych w Londynie pozostaje trudny do policzenia, a każde wykonanie to najwyższy kunszt oraz skala wokalnych operacji.
Znany był także ze swojej działalności charytatywnej, (wliczając w to pomoc dla chorych na AIDS, przeciwko głodowi na świecie, na rzecz potrzebujących dzieci, szczególnie w byłej Jugosławii), organizowane jako koncerty „Pavarotti i Przyjaciele”. Wielokrotnie współpracował szczególnie z gwiazdami muzyki rozrywkowej niemal wszystkich gatunków muzycznych, między innymi z Bryanem Adamsem, Sepulturą, Jonem Bon Jovi, Andreą Bocellim, Laurą Pausini, Bono i The Edge (obydwaj z U2), Jamesem Brownem, Tracy Chapman, Erikiem Claptonem, Céline Dion, Brianem Eno, Enrique Iglesiasem, Eltonem Johnem, Annie Lennox, Rickym Martinem, Brianem Mayem (Queen), George'em Michaelem, Dolores O'Riordan (The Cranberries), Stingiem, Zucchero. Ponadto zorganizował poczwórny konkurs dla młodych talentów wokalnych, by pomóc im w rozwoju ewentualnej kariery.
Jako jeden z Trzech Tenorów (pozostali to Placido Domingo oraz José Carreras oraz dyrygent Zubin Mehta) - promował jak tylko możliwe śpiew operowy wśród szerszej publiczności, nie tylko zaś melomanów. Wspólne koncerty tych artystów przełożyły się na największy sukces komercyjny w historii muzyki klasycznej i drugi, po „Thrillerze” Michaela Jacksona, w zestawieniach sprzedaży płyt muzyki rozrywkowej.
Dwukrotnie odwiedził Polskę - po raz pierwszy wystąpił w latach 60. w bydgoskiej Filharmoni Pomorskiej - jeszcze jako nikomu nieznany oraz w 1995 roku w Sali Kongresowej w Warszawie.
W grudniu 2003 roku Luciano Pavarotti ożenił się ze swoją wieloletnią sekretarką i przyjaciółką, Nicolettą Mantovani. Uroczystość odbyła się w teatrze w rodzinnej Modenie. Pan młody miał wtedy 68 lat, zaś jego wybranka była od niego młodsza o 35 lat.
W rok później zakończył karierę, odwołując koncerty w zaplanowanej pożegnalnej trasie dookoła świata. Ostatnim jego występem była jedna z najsłynniejszych arii - „Nessun dorma” wykonana w 2006 roku podczas otwarcia Zimowych Igrzysk Olimpijskich w Turynie.
Zmarł na raka trzustki, którego zdiagnozowano mu w 2006 roku.
Nagrał wiele płyt oraz sfilmowanych oper, a wciągu całej swojej kariery sprzedał ponad 100 milionów płyt.
Zucchero • Laura Pausini • José Carreras • Bryan Adams • Jon Bon Jovi • U2 • Tracy Chapman • Eric Clapton • Enrique Iglesias • Elton John • Annie Lennox • Ricky Martin • Brian May • Queen • George Michael • Dolores O'Riordan • Cranberries • Sting • Michael Jackson • Trisha Yearwood