Au début de la saison 2012-2013, Luca Aerni réussit à s'établir en coupe d'Europe en se classant à plusieurs reprises dans le top 10. Le , il prend part pour sa première épreuve de coupe du monde au slalom de Madonna di Campiglio. Il participe au slalom parallèle organisé à Munich en remplacement de Beat Feuz, blessé. Deux jours plus tard, le , Luca Aerni remporte sa première course de coupe d'Europe à Chamonix. Lors des Championnats du monde juniors de 2013, il remporte la médaille d'argent dans la compétition par équipe et termine quatrième du slalom.
Le , lors du slalom de Bormio, il se qualifie pour la deuxième manche en terminant 27e et finit 10e au classement final. Il réalise ainsi son premier top 10 dans une épreuve de coupe du monde. Le , il réussit son meilleur résultat en coupe du monde avec une 5e place au slalom à Kitzbühel, se qualifiant pour la même occasion pour les Jeux olympiques d'hiver 2014 de Sotchi[2]. Le , il devient champion du monde de combiné à Saint-Moritz. Après avoir signé le 30e temps de la descente, il s'élance donc le premier dans la manche de slalom dont il réalise le meilleur chrono, et les 29 concurrents qui partent après lui butent un à un sur son temps[3].
Lors de la saison 2017-2018, il commence par une quatrième place au slalom de Levi, en Finlande, à égalité avec un autre valaisan, Daniel Yule[4]. Il s'élance ensuite également en slalom géant sans pour autant n'atteindre le top 20. Finalement, le , il s'offre son premier podium en coupe du monde, le premier pour la Suisse en slalom depuis près de 8 ans, en terminant deuxième du slalom de Madonna di Campiglio en Italie[5]. Il est éliminé en quarts de finale du slalom parallèle d'Oslo le , lui octroyant le cinquième rang[6]. Il finit également cinquième à Zagreb, en Croatie, le [7], avant de finir dix-septième à Adelboden[8], en Suisse, puis d'être éliminé lors du slalom de Wengen[9], en Suisse. Il sort également à Kitzbühel[10], en Autriche, avant de finir quatorzième à Schladming[11], en Autriche.
Le 24 mars 2022, il devient champion de Suisse de combiné[12].
Luca Aerni a pris plus de 100 départs en Coupe du monde depuis décembre 2012. Son meilleur résultat est une 2e place en slalom à Madonna di Campiglio le , son seul podium à ce jour. Son meilleur classement final est un 25e rang au classement général en 2018 et un 7e rang dans un classement de slalom la même saison.
Classements finaux en Coupe du monde par saison[13]
