Roma

Pada 17 April 2018, Pellegrini telah menandatangani kontrak pertamanya bersama Roma sehingga tahun 2021.[1]

Pellegrini telah menyertai pasukan utama Roma ketika musim 2018–19 semasa beliau berusia 19 tahun. Beliau melakukan penampilan sulungnya bersama Roma pada perlawanan Serie A dengan menewaskan Frosinone 4-0 pada 26 September 2018. Beliau telah membantu jaringan Aleksandar Kolarov pada perlawanan itu.[2][3] Beliau melakukan penampilan pertamanya dalam kejohanan Liga Juara-Juara UEFA pada 2 Oktober 2018 ketika pasukannya membenam Viktoria Plzeň 5-0.

Cagliari

Pada 31 Januari 2019, Pellegrini telah menyertai Cagliari secara pinjaman sehingga 30 Jun 2019.[4]

Juventus

Pada 30 Jun 2019, Luca Pellegrini menyertai juara Serie A, Juventus dengan nilai perpindahan sebanyak 22 juta euro manakala Leonardo Spinazzola melakukan perpindahan bertentangan dari Juve ke Roma dengan nilai 29.5 juta euro.[5] Pada 19 Ogos 2019, beliau menyertai semula Cagliari secara pinjaman untuk menghadapi kempen bag musim 2019–20.[6]