Luigi Vannucchi nacque a Caltanissetta in una famiglia colta e agiata. Molto presto la famiglia si trasferì in Cirenaica per motivi di lavoro, e dopo tre anni tornò in Italia per stabilirsi a Roma, dove Vannucchi trascorse l'infanzia.[3]
Durante la guerra il padre accettò di lavorare a Modena all'ufficio del Catasto. Qui Vannucchi frequentò brillantemente il liceo classico e si interessò alla letteratura e alla poesia, diplomandosi a diciassette anni. Alla fine del liceo, contro il parere dei genitori, decise d'iscriversi all'Accademia nazionale d'arte drammatica[4] di Roma, diplomandosi nel 1952 assieme ad attori del calibro di Glauco Mauri, Franco Graziosi, Alessandro Sperlì e all'allora allievo regista Andrea Camilleri;[4] già durante i corsi ebbe modo di segnalarsi come attore promettente in occasione dei saggi di fine anno. Prima ancora di diplomarsi, i suoi docenti Silvio D'Amico e Orazio Costa lo fecero debuttare nella parte di Cristo nel lavoro teatrale Donna del Paradiso. Studiò contemporaneamente Lettere e Filosofia, ma lasciò al quarto anno per fare definitivamente l'attore.
All'inizio degli anni settanta Vannucchi entrò nella compagnia Gli Associati[7] con Valentina Fortunato, Giancarlo Sbragia, Ivo Garrani, Sergio Fantoni, Valeria Ciangottini, Paola Mannoni ed altri. Alla base di questo sodalizio c'era la volontà di emanciparsi dai teatri stabili, in cui spesso gli attori dovevano sottostare a contratti discutibili e a limitazioni della propria libertà e creatività. Con Gli Associati Vannucchi partecipò a spettacoli di grande successo: Strano interludio, Otello, Inferni, e tanti altri. Uno degli allestimenti più importanti di questa Compagnia fu la rappresentazione de Il vizio assurdo di Lajolo-Fabbri, sulla vita di Cesare Pavese di cui Vannucchi era protagonista.[8] A questa intensa attività Vannucchi affiancò il cinema, la televisione, la radio, il doppiaggio e altre attività.
Nel pieno della maturità artistica, morì suicida ingerendo una forte dose di barbiturici mista ad alcolici. Ciò avvenne nella sua casa di Roma, la sera del 29 agosto del 1978. Fu trovato morto dalla domestica la mattina dopo, il 30 agosto 1978. È sepolto nella tomba di famiglia,[11] nel cimitero della Certosa di Bologna.
La guerra di Troia non si farà di Jean Giraudoux, regia dell'allievo Mario Ferrero, Teatro Quirino di Roma, 13, 14, 15 giugno 1950. Saggio accademico
Il Poverello di Jacques Copeau, regia di Orazio Costa, Festa del Teatro a San Miniato (1950) Piccolo Teatro della Città di Roma. Parte: Nel Coro Drammatico
Donna del Paradiso, mistero medievale tratto da laudi dei secoli XIII e XIV a cura di Silvio D'Amico, regia di Orazio Costa, personaggio: Cristo, Teatro Eliseo di Roma, 30 giugno - 1º luglio 1951.
Un cappello di paglia di Firenze di Eugene Labiche e Marc Michel, regia dell'allievo Francesco Savio, personaggio: Achille di Rosalba, Teatro Eliseo di Roma, 25 gennaio - 6 febbraio 1952. Saggio accademico
Dialoghi delle Carmelitane (L'ultima al patibolo) di Georges Bernanos, regia di Orazio Costa, personaggio: Il Cavaliere, Festival di San Miniato (1952)
Prometeo di Eschilo, regia di Luigi Squarzina, aiuto regia di Luigi Vannucchi, Siracusa (1954)
Romeo e Giulietta di William Shakespeare, regia di Guido Salvini, parti: Coro e Paride, Verona e tournée (1954)
Anche le donne hanno perso la guerra di Curzio Malaparte, regia di Guido Salvini, personaggio: Hans, Biennale di Venezia, XIII festival internazionale del teatro (1954)
La vedova di G. B. Cini, regia di Guido Salvini, Vicenza (1954)
Corte marziale per l'ammutinamento del Caine di H. Wouk, regia di Luigi Squarzina, personaggio: Tenente di vascello Thomas Keefer, Roma e tournée (1954)
Il sacro esperimento di Hachwalder, regia di Gianfranco De Bosio, personaggio: Don Esteban Arago, capitano. Roma e tournée (1954) (Registrato anche per la televisione)
Inquisizione di Diego Fabbri, regia di Memo Benassi, compagnia del Teatro Regionale Emiliano, Emilia-Romagna, Torino, Sanremo, Genova (1956)
Medea di Robinson, regia di Gianfranco De Bosio, compagnia del Teatro Regionale Emiliano. Emilia-Romagna, Torino, Sanremo, Genova (1956)
Enrico IV di Luigi Pirandello, regia di Gianfranco De Bosio, personaggio: Il Marchese Dinolli, compagnia del Teatro Regionale Emiliano, Emilia-Romagna, Torino, Sanremo, Genova (1956)
Hedda Gabler di H. Ibsen, regia di Sandro Bolchi, compagnia del Teatro Regionale Emiliano. Emilia-Romagna, Torino, Sanremo, Genova (1956)
La Giostra di M. Dursi, regia di C. Di Stefano, compagnia del Teatro Regionale Emiliano, Emilia-Romagna, Torino, Sanremo, Genova (1956)
Ciascuno a suo modo di Luigi Pirandello, regia di Luigi Squarzina, personaggio: Michele Rocca, Teatro Stabile di Genova, tournée in Italia e Russia (1964)
Riunione di famiglia di T. S. Eliot, regia di M. Ferrero, personaggio: Harry, Festival di San Miniato (1964) (anche TV)
Troilo e Cressida di William Shakespeare, regia di Luigi Squarzina, personaggio: Troilo, Teatro Stabile di Genova, Genova, Torino, Milano
Jean Paul Sartre, a cura di Gerardo Guerrieri, regia di Edmo Fenoglio, spettacolo del Teatro Club, serata unica, Teatro Valle di Roma, 26 aprile 1966.
Rose rosse per me di Sean O'Casey, regia di Alessandro Fersen, con Ileana Ghione, Teatro Valle, martedì 6 dicembre 1966.
Moravia, per esempio..., a cura di Giuseppe D'Avino e Gerardo Guerrieri, regia di Edmo Fenoglio, spettacolo del Teatro Club, unica serata, Teatro Eliseo di Roma, 15 giugno 1967.
Otello di William Shakespeare,r egia di Virginio Puecher, personaggio: Jago, compagnia degli Associati, Verona e tournée estiva e invernale (1970-1971)
Strano interludio di Eugene O'Neill, regia di Giancarlo Sbragia, personaggio: Sam, compagnia degli Associati, debutto a Padova e tournée (1971)
La figlia di Iorio di Gabriele D'Annunzio, regia di Paolo Giuranna, personaggio: Aligi, Pescara, Torino (1971)
Antonio e Cleopatra di William Shakespeare, regia di Luigi Vannucchi, personaggio: Pompeo, compagnia degli Associati, Verona e tournée (1973)
Inferni, spettacolo comprendente Canicola di Pier Maria Rosso di San Secondo e Porte chiuse di J. P. Sartre, regia di Giancarlo Sbragia, compagnia degli Associati, tournée, Roma (1973)
Il vizio assurdo di Lajolo-Fabbri, regia di Giancarlo Sbragia, personaggio: Cesare, compagnia degli Associati, tournée, Padova, Roma (1973) - seconda tournée ottobre 1974 - Febbraio 1975: Milano, Torino, terza tournée, 20 aprile- 28 maggio 1976: Prato, Sardegna, Sicilia, ecc… (1977, anche registrazione TV)
1967 - L'Approdo, regia di Vito Molinari – sei presentazioni (voce fuori campo in Lanterna, Lezione sul Boccaccio, Lezione su Pascal, Attualità di Gramsci) Milano – ospite (1967)
Venezia città di sogno – voce fuori campo (1967)
Ritorno a Firenze (1967)
Un grande Europeo, un grande uomo (Adenauer) (1967)
In trappola di Pierre Caillol, regia di Flaminio Bollini, traduzione di Roberto Cortese (1967)
^articolo a pag.7 de "L'Unità" del 31 agosto 1978 Copia archiviata, su archivio.unita.it. URL consultato il 31 agosto 2012 (archiviato dall'url originale il 6 gennaio 2014).
^abAppendice al libro di Maurizio Giammusso, La fabbrica degli attori, pubblicazione (1989) della Presidenza del Consiglio
^Sito ufficiale di Anna Proclemer Copia archiviata, su annaproclemer.it. URL consultato il 27 aprile 2013 (archiviato dall'url originale il 4 gennaio 2014).
^"L'estremo saluto a Luigi Vannucchi", articolo a pag.7 de "L'Unità" del 2 settembre 1978 Copia archiviata, su archivio.unita.it. URL consultato il 31 agosto 2012 (archiviato dall'url originale il 22 febbraio 2015).
Tesi di laurea di Sara Ridolfo: Tre maschere di un attore. Per un ritratto di Luigi Vannucchi - Università degli studi di Catania - Anno accademico 2006/2007.
Dizionario del cinema italiano: Gli artisti. Gli attori dal 1930 ad oggi - Volume 3 - di Enrico Lancia e Roberto Poppi, 2003 - ed. Gremese EAN 9788884402691
Gli attori, di E.Lancia e R.Poppi, Gremese editore - Roma 2007 ISBN 88-8440-269-7
Piccolo grande schermo. Dalla televisione alla telematica, di Mariagrazia Bruzzone. Ed. Dedalo - Bari 1984
La fabbrica degli attori, di Maurizio Giammusso, pubblicazione della Presidenza del Consiglio - Roma 1989