Il effectue sa scolarité au pensionnat St Charles et au lycée Ismaël Dauphin à Cavaillon, puis à Marseille au lycée Thiers. Il est ensuite diplômé en mathématiques de l’Université d'Aix-Marseille.
Il rejoint en 1976 l'Observatoire de Paris-Meudon pour commencer une thèse de doctorat d'astrophysique sous la direction de Brandon Carter. Après quelques mois passés au Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics de l'Université de Cambridge où il côtoie Stephen Hawking, il a soutenu en 1977 sa thèse Singularités en Cosmologie à l'Université de Paris .
En 1979, il a obtenu un poste de recherche permanent au C.N.R.S. et a développé l'essentiel de ses activités scientifiques à l'Observatoire de Paris jusqu'en 2014, avant de rejoindre le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille. Dans l'intervalle, il a été chercheur invité à l'Université de Sao Paulo au Brésil (1984 et 1988), à l'Université de Berkeley en Californie (1989-1990) et à l'Observatoire Européen Austral (ESO) au Chili (2005).
Il a été en 1979 le premier à simuler les distorsions optiques causées par le champ gravitationnel d'un trou noir entouré d'un disque d'accrétion, produisant une photographie virtuelle en noir et blanc sans l'aide d'outils informatiques modernes6. Il a précisé que son image pourrait s'appliquer au trou noir supermassif situé au centre de la galaxie elliptique M87. Entre 1989 et 1992, son collaborateur Jean-Alain Marck a généralisé son travail en produisant une série de simulations numériques sous différents angles de vue, en fausses couleurs et animées. En fournissant en avril 2019 la première image télescopique de l'ombre du trou noir M87* et de son disque d'accrétion, le Consortium international Event Horizon Telescope a démontré quarante ans plus tard la justesse des calculs de Luminet.
Il a été parmi les premiers à étudier en 1982, avec le physicien Brandon Carter, les effets du passage d'une étoile au voisinage d'un trou noir supermassif8 et a introduit le concept de « tidal disruption event » (TDE). Dans une série d'articles publiés dans la revue Nature en 1982, dans Astronomy & Astrophysics en 1983 et de manière plus générale dans Astrophysical Journal Supplement en 1986, ils ont montré que ce phénomène pouvait se traduire par une destruction de l'étoile sous forme de « crêpe stellaire» en raison des effets de marée intenses causés par la proximité du trou noir, causant une réactivation des réactions nucléaires au sein des débris de celle-ci et pouvant donner lieu à une signature observationnelle de ce type de trou noir dans des galaxies lointaines. Luminet a poursuivi ses travaux avec divers collaborateurs et étudiants, prédisant notamment le phénomène de compressions multiples pour certaines orbites stellaires relativistes et celui de « supernova maréale » (tidal supernova). La théorie des TDE a été confirmée à partir de 2004 grâce aux satellites Chandra et XMM-Newton, qui ont observé des sursauts de luminosité provenant de l'accrétion de débris stellaires par un trou noir massif situé au cœur de galaxies à noyau actif (AGN) comme NGC 5128 ou NGC 4438. Le modèle peut aussi expliquer la supernova super lumineuse atypique SN 2015L, mieux connue sous le nom de code ASASSN-15lh, interprétée comme la détonation maréale d'une naine blanche juste avant d'être absorbée par un trou noir de masse intermédiaire.
Il a commencé à publier des articles, en 1995, sur la topologie de l'Univers, en collaboration avec plusieurs chercheurs, dont Marc Lachièze-Rey, Roland Lehoucq, Alain Riazuelo, Jean-Philippe Uzan et Jeffrey Weeks. Il a traduit l'idée que l'univers puisse être d'extension spatiale finie mais sans bord par le terme d'« univers chiffonné », bien que ce terme ne soit guère utilisé par la communauté scientifique, qui lui préfère celui de topologie non simplement connexe..
Il a proposé, en 2003, d'interpréter certaines anomalies dans les anisotropies du fond diffus cosmologique observée par le satellite WMAP comme résultant de la signature que l'univers aurait une courbure spatiale positive et la topologie d'un espace dodécaédrique de Poincaré.
En 2014, dans le cadre des théories de gravité quantique, Luminet a publié une analyse critique du Principe Holographique et de la Correspondance AdS/CFT. En 2020 il a publié « L'écume de l'espace-temps », ouvrage de synthèse présentant sept approches différentes en gravitation quantique : la gravité quantique à boucles, la théorie des cordes, les ensembles causaux, les triangulations dynamiques causales, la gravité à sécurité asymptotique, la gravité entropique et la géométrie non-commutative, à laquelle il donne sa préférence.
Jean-Pierre Luminet est également spécialiste de l'histoire de la cosmologie et en particulier de l'émergence du concept du Big Bang, soulignant dans plusieurs ouvrages et articles le rôle fondateur joué par le cosmologiste et abbé belge Georges Lemaître. En 2018, l'Union Astronomique Internationale (IAU) a recommandé que la loi de Hubble, qui relie la vitesse d'expansion de l'univers à la distance et sous-tend toute la cosmologie relativiste moderne, soit rebaptisée loi de Hubble-Lemaître
Diffusion des connaissances
Jean-Pierre Luminet est connu du grand public francophone pour ses nombreux ouvrages de vulgarisation et ses talents de conférencier, qui lui ont valu plusieurs prix, dont le Prix Européen de la Communication Scientifique 2007 [archive].
Il est également auteur de sept romans et de plusieurs recueils de poésie.
Ouvrage scientifiques et essais
Documentaires scientifiques
Hommages
L'astéroïde (5523)
Luminet porte son nom en hommage à ses travaux en cosmologie