Lukáš Vasilek vystudoval dirigování (Akademie múzických umění, Praha) a hudební vědu (Univerzita Karlova, Praha). První zkušenosti se sborovým zpěvem získal jako člen chlapeckého sboru Boni pueri v Hradci Králové. Na tuto praxi později navázal v Praze, nejprve v roli sbormistra Foerstrova komorního pěveckého sdružení, poté jako druhý sbormistr Sboru Národního divadla.
Od roku 2007 je Lukáš Vasilek hlavním sbormistrem Pražského filharmonického sboru. Těžiště jeho umělecké práce s tímto tělesem spočívá v nastudování a provádění repertoáru „a cappella“, stejně jako v přípravě sboru k účinkování ve velkých kantátových, oratorních a operních projektech realizovaných ve spolupráci s významnými orchestry a dirigenty. Lukáš Vasilek je jako dirigent nebo sbormistr podepsán pod celou řadou nahrávek Pražského filharmonického sboru pořízených pro prestižní světová vydavatelství, např. Decca a Supraphon.
Lukáš Vasilek vede Pražský filharmonický sbor při většině jeho domácích i zahraničních aktivit. Spolupracuje při tom se světově uznávanými dirigenty (v posledních letech to byli např. Jiří Bělohlávek, Semjon Byčkov, Manfred Honeck, Jakub Hrůša, Philippe Jordan, Fabio Luisi, Tomáš Netopil, Gianandrea Noseda, Simon Rattle) a orchestry (např. Berlínská filharmonie, Česká filharmonie, Izraelská filharmonie, Petrohradská filharmonie, Vídeňský symfonický orchestr). Od roku 2010 plní sbor pod jeho vedením roli rezidenčního tělesa Bregenzského festivalu.
Vedle Pražského filharmonického sboru se Lukáš Vasilek věnuje i jiným uměleckým aktivitám. Kromě občasných návratů k původnímu oboru, tedy orchestrálnímu dirigování, je to především spolupráce s vokálním ansámblem Martinů Voices, který založil v roce 2010. S tímto souborem se zabývá převážně komorní sborovou tvorbou 19. až 21. století, nevyhýbá se ale ani starší hudbě.
Ansámbl pod jeho vedením koncertuje nejčastěji samostatně, ovšem některé projekty realizuje také ve spolupráci s jinými tělesy, např. se souborem Tallis Scholars (2016) nebo s kapelou Bang on a Can All-Stars (2017). Důležitou součástí činnosti Martinů Voices je nahrávání. V rámci těchto aktivit vznikly mj. unikátní kompaktní disky z komorních sborových skladeb Bohuslava Martinů a Jana Nováka (Supraphon).
V posledních letech se Lukáš Vasilek soustavně věnoval nahrávání sborové tvorby Bohuslava Martinů. Jeho nahrávky skladatelových kantát (Pražský filharmonický sbor) a madrigalů (Martinů Voices), které v letech 2016 a 2018 vydala společnost Supraphon, vzbudily mimořádný ohlas v zahraničí a získaly mj. ocenění prestižních časopisů Gramophone („Editor’s Choice“ pro obě desky), BBC Music Magazine („Choral & Song Choice“ pro kantáty) a Diapason („Diapason d’Or“ pro madrigaly). Nahrávka komorních kantát byla navíc nominována na „BBC Music Magazine Awards 2018“.