Luis Mariano est le fils d'un mécanicien. Il fait d'abord partie de l'Orfeon Donostiarra de Saint-Sébastien, choeur mixte où il est ténor solo. De 1937 à 1939 il est deuxième ténor dans le groupe vocal Eresoinka avec lequel il chantera jusqu'à Paris (Pleyel, Chaillot, Opéra), Bruxelles, Amsterdam et Londres. À l'achèvement de la guerre civile espagnole, Luis Mariano et sa famille se réfugient à Bordeaux où son père reprend son métier de mécanicien et où sa mère fait quelques ménages et des travaux de couture à domicile. Attiré par le dessin, Luis entre à l'École des beaux-arts de Bordeaux. Il est également reçu au concours d'entrée du conservatoire de Bordeaux dont le directeur, Gaston Poulet, notera sur le grand registre du Conservatoire : Je viens d'entendre un type formidable : il se nomme Gonzalez. À Bordeaux, le 7 décembre 1939. Gaston Poulet lui fait rencontrer la cantatrice Jeannine Micheau qui lui prédit un grand avenir et l'incite à travailler sa voix. Pour gagner quelques sous, il va faire la plonge au cabaret Le Caveau des Chartrons jusqu'au jour où le chef d'orchestre du cabaret, Fred Adison, découvre que Luis a « une voix d'or ». Il passe alors directement en salle où ses prestations enflammeront le public.

En septembre 1942, Luis Mariano quitte le Conservatoire de Bordeaux, se rend à Paris muni d'une lettre d'introduction de Jeanine Michaud et va recevoir des leçons du grand ténor basque, le maestro Miguel Fontecha. Cet éminent professeur va lui enseigner le "bel canto", technique de chant dans la plus pure tradition lyrique italienne se caractérisant par la beauté du son et la recherche de la virtuosité.

Luis Mariano remonte sur la scène du Palais de Chaillot en décembre 1943, cette fois dans le rôle d'Ernesto de Don Pascual (au côté de Vina Bovy et Gilbert Maurin). En attendant le résultat d'une audition à l'opéra comique, il chante dans des spectacles de variété à la radio. Il commence à être connu.

En 1943, il apparaît dans le film « L'escalier sans fin » aux côtés de Madeleine Renaud et de Pierre Fresnay. Le jeune Luis Gonzalez y chante « Seul avec toi », un titre signé Loulou Gasté.

C'est en 1944 que Luis Gonzalez devient Luis Mariano, comme en témoignent la presse et les affiches de l'époque.

En 1945, Luis enregistre ses premiers disques : « Amor Amor » et « Besame mucho ». En avril, il se produit au Théâtre de Chaillot avec la cantatrice sud-américaine Carmen Torres. En novembre de la même année, toujours à Chaillot, il partage l'affiche avec Edith Piaf et Yves Montand.

Luis fait la connaissance de Francis Lopez et Raymond Vincy. En décembre 1945 il crée leur première opérette La belle de Cadix, qui devait décider de sa carrière (24 décembre 1945 au théâtre du Casino Montparnasse). Prévue pour être produite six semaines, la belle de Cadix devait tenir l'affiche pendant plus cinq ans. Le disque qui est tiré de l'Opérette et qui comprend le titre « Maria Louisa » explose le Box-office : 1.250.000 exemplaires seront vendus. Pathé-Marconi est obligé de réaménager ses chaînes de productions pour faire face à la demande.

La popularité de Luis Mariano grandit rapidement. Pendant une dizaine d'années, il domine le monde de la chanson et de l'opérette. On l'entend notamment dans Fandango (1949). Le point culminant de sa carrière peut se situer en 1951-1952, années du Chanteur de Mexico et du film Violettes Impériales. Au théâtre, il triomphe dans Andalousie (1947), Le Chanteur de Mexico (1951) et Chevalier du Ciel (1955).

Pour le cinéma, de 1945 à 1958, Mariano joue dans une vingtaine de films qui sont traduits dans de nombreuses langues. Parallèlement il donne des récitals dans le monde entier : USA, Canada, Amérique du Sud, où partout une foule énorme l'attend dès sa descente de l'avion ou du bateau. Lorsqu'il arrive en Uruguay, on craint le pire, tellement le mouvement de masse populaire déclenché par son arrivée est important. Sur le port de Montévidéo, 60.000 fans ont fait le déplacement pour le voir descendre du transatlantique qui l'amène. 100.000 personnes seront présentes au concert qu'il donne dans la capitale de l'Uruguay. Les Beatles qui sont eux aussi en tournée dans le pays n'en reviennent pas. Ici, ce ne sont pas eux les stars, mais Mariano. Au Mexique, ce sont 160.000 fans qui l'acclameront dans le stade de Mexico.

En 1957 et 1959, Mariano accompagne la caravane du cirque Pinder sur les routes de France, puis il se produit à l'Olympia.

Les années 1958-1960 marquent un certain tournant dans la carrière de Mariano. Les yéyés envahissent les ondes et les écrans de télévision. Mariano a toujours autant de succès sur les théâtres d'opérettes : le Secret de Marco Polo (1959), " Visa pour l'amour" (véritable jouvence pour l'artiste ), le Prince de Madrid (1967), sont de véritables succès.

Signalons toutefois une tournée triomphale en Roumanie (1966), et l'enregistrement d'un disque de chansons espagnoles et d'un disque de chansons napolitaines. En province, il faisait des reprises très remarquées du Chanteur de Mexico et de La belle de Cadix (pour le vingtième anniversaire de cette création).

En décembre 1969, il assure la création de la Caravelle d'Or au théâtre du Châtelet, mais ayant contracté une maladie, probablement une hépatite mal discernée, mal jugulée, il abandonne son rôle au bout de quelques mois. Il meurt des suites de cette même maladie, le 14 juillet 1970, à Paris.