Luis Rego naît le 30 mai 1943 à Lisbonne, au Portugal. À 17 ans, en 1960, il fuit son pays afin d'échapper au service militaire en Angola, qui était encore une colonie portugaise et pour fuir la dictature qui régnait alors dans son pays. Il commence sa carrière comme musicien dans Les Problèmes où il tient la guitare rythmique, groupe qui accompagne le chanteur Antoine. Il est arrêté pour désertion et emprisonné durant 2 mois au Portugal2 sous le régime dictatorial de Salazar. Son nom apparaît dans une chanson écrite pour le soutenir, Ballade à Luis Rego, prisonnier politique, extraite du premier album du groupe (Antoine rencontre les Problèmes).

En 1966, le groupe devient « Les Charlots ». La carrière de Luis Rego est alors étroitement liée à celle de ses acolytes : Gérard Rinaldi, Gérard Filippelli, Jean-Guy Fechner et Jean Sarrus. Il partage avec les Charlots le succès de leurs nombreuses chansons humoristiques : Paulette la reine des paupiettes (1967), On n'est pas là pour se faire engueuler (1969)... En 1971, après avoir tourné le film Les Bidasses en folie avec les Charlots, il décide de quitter le groupe, craignant que sa notoriété reste associée à celui-ci. Cependant, il apparaîtra encore dans certains de leurs films quelques années plus tard : Le Retour des bidasses en folie (1983), Le Retour des Charlots (1992).

Luis Rego joue en solo dans plusieurs films à succès : Les Bronzés (1978), Les hommes préfèrent les grosses (1981) ou encore La Vengeance du serpent à plumes (1984). Dans les années 1980, on l'entend aussi à la radio, en "avocat le plus bas d'Inter", plaidant avec Pierre Desproges dans Le Tribunal des flagrants délires sur France Inter. À cette occasion, il interprète notamment, en présence de l'invité Jean-Marie Le Pen, le sketch "La Journée d'un fasciste"3, qui restera une de ses interventions les plus célèbres dans cette émission. En 1987, il réalise le film Poule et frites.

Depuis, Luis Rego continue sa carrière au cinéma (sa prestation chez Philippe Garrel dans Le Cœur fantôme est très remarquée), au théâtre et à la télévision.

En 1982, un portrait documentaire lui est consacré dans l'émission « Les enfants du rock » sur Antenne 2, alors qu'il propose un one-man show au Théâtre Fontaine, à Paris4.

En 2013, un autre portrait documentaire lui est consacré sous la direction du journaliste et réalisateur Gilles Botineau5. Ce film, intitulé Luis Rego, la balade d'un homme heureux, donne au comédien l'occasion de s'exprimer en toute liberté1. Il revient notamment sur sa longue carrière artistique, avec nostalgie d'une part, humour et objectivité de l'autre.

Louis Rego a demandé la nationalité française, elle lui a été refusée2. Il dit lui-même qu'il est à sa connaissance le seul Portugais installé depuis des dizaines d'années en France et qui s'est vu refuser la nationalité française. Il bénéficie d'une carte de séjour de 10 ans renouvelable. Au Portugal, il fut amnistié en 1981 des différentes poursuites judiciaires de l'État portugais, suite à sa désertion de 1960, et il peut aller librement dans son pays natal depuis janvier 1982.