L'auteur du troisième Évangile et des Actes des Apôtres ne se nomme jamais lui-même. Toutefois, la tradition chrétienne ancienne a unanimement attribué ces deux ouvrages à Luc, compagnon de voyage de l'apôtre Paul. Cette identification est confirmée par plusieurs indices internes et externes.
Paul mentionne à plusieurs reprises un certain Luc parmi ses collaborateurs. Dans l'épître aux Colossiens, il le désigne affectueusement comme « le médecin bien-aimé » (Colossiens 4.14). Il apparaît également aux côtés de Marc et d'autres compagnons dans l'épître à Philémon (Philémon 1.24). Enfin, dans sa dernière lettre, rédigée peu avant son exécution, Paul constate avec émotion : « Luc seul est avec moi » (2 Timothée 4.11).
Le livre des Actes lui-même renferme plusieurs passages rédigés à la première personne du pluriel (« nous »), ce qui laisse entendre que l'auteur a personnellement accompagné Paul lors de certains voyages missionnaires (Actes des apôtres 16.10-17 ; Actes des apôtres 20.5-15 ; Actes des apôtres 21.1-18 ; Actes des apôtres 27.1-28.16). Ces sections, communément appelées les « passages en nous », constituent l'un des principaux arguments en faveur de l'identification de Luc comme auteur des Actes.
Selon toute vraisemblance, Luc était d'origine païenne. Dans l'épître aux Colossiens, Paul distingue ses collaborateurs issus de la circoncision de ceux qui ne le sont pas, et Luc ne figure pas parmi les premiers (Colossiens 4.10-14). Il serait ainsi le seul auteur non juif du Nouveau Testament.
Son niveau de culture apparaît élevé. La qualité de son grec, son intérêt pour les détails historiques, géographiques et médicaux, ainsi que sa méthode d'enquête, témoignent d'une solide formation intellectuelle. Dès le début de son Évangile, Luc affirme avoir entrepris des « recherches exactes » et avoir consulté les témoins oculaires afin de rédiger un récit ordonné destiné à Théophile (Luc 1.1-4).
Les écrivains chrétiens des IIe et IIIe siècles, notamment Irénée de Lyon, le Canon de Muratori, Clément d'Alexandrie, Tertullien et Eusèbe de Césarée, attribuent unanimement le troisième Évangile et les Actes des Apôtres à Luc, compagnon de Paul.
Ainsi, Luc apparaît comme un chrétien d'origine païenne, médecin de profession, collaborateur fidèle de l'apôtre Paul et historien soigneux des origines du christianisme. Son double ouvrage, l'Évangile selon Luc et les Actes des Apôtres, constitue près du quart du Nouveau Testament et représente l'une des sources les plus importantes pour la connaissance de la vie du Messie Jésus et des débuts de l'Église.