Лука Мейреллиш прошёл футбольную школу «Сантоса», за юношеские и молодёжные составы которого выступал с 2018 года. За команду U20 он сыграл 25 матчей, забил 14 голов и сделал 1 ассист. В июне 2023 года форвард заключил с клубом первый профессиональный контракт.

17 ноября 2024 года Мейреллиш дебютировал за главную команду «Сантоса» в матче Серии B с «Регатас Бразил». Всего за основу он провёл 17 игр и стал чемпионом бразильской Серии B в 2024 году. В августе 2025-го Лука получил вызов в сборную Бразилии U20, а 28 августа того же года подписал с «Шахтёром» контракт на пять лет. Он действует на позиции центрального нападающего, силён в единоборствах, обладает хорошими физическими данными и поставленным ударом. Его отличают голевое чутьё и уверенная игра на завершении.