Gerhard Luchterhandt wurde 1964 in Detmold geboren. Er studierte Mathematik und Geschichte sowie Schulmusik, Kirchenmusik, Musiktheorie/Komposition und Konzertfach Orgel in Marburg und Hannover – u. a. bei Heinz Hennig, Diether de la Motte, Alfred Koerppen und Ulrich Bremsteller – und promovierte später bei Rudolf Frisius über Arnold Schönbergs Tonalitätsbegriff. 1993 gewann er den 1. Preis beim Kasseler Orgelwettbewerb im Rahmen der Tage der Neuen Musik.
1993–2000 war Gerhard Luchterhandt hauptamtlicher A-Kirchenmusiker zunächst in Osnabrück (St. Katharinen) und anschliessend an der Johanneskirche in Düsseldorf, wo er eine intensive Konzerttätigkeit mit neuer Musik und Orgelimprovisation als künstlerischen Schwerpunkten entfaltete.
2000 wurde er als Professor für Musiktheorie und Orgelimprovisation an die Hochschule für Kirchenmusik Heidelberg berufen. 2003–2016 unterrichtete er ausserdem an der Musikhochschule Mannheim. Seit 2016 ist er als Professor für Musiktheorie an der Hochschule für Musik FHNW in Basel tätig. Neben Themen wie Improvisation, Tonalität und musikalische Raumvorstellung zählt die gestalt- und kognitionspsychologische Aufarbeitung musiktheoretischer Fragestellungen derzeit zu seinen Forschungsschwerpunkten.
Gerhard Luchterhandt wirkt ausserdem als Organist an den beiden historischen Orgeln der Heidelberger Christuskirche. Kompositions- und Konzerttätigkeit runden sein berufliches Spektrum ab.