Enfant de la balle, né d'une mère écrivain et d'un père artiste, Lukas Haas est découvert, à seulement cinq ans, par la directrice de casting Marjorie Simkin. Il apparaît pour la première fois sur grand écran en 1983 dans Le Dernier Testament, où il donne la réplique à Kevin Costner, et enchaîne ensuite des petits rôles à la télévision, avant que le public le découvre deux ans plus tard, dans Witness. Son rôle de petit garçon amish, seul témoin du meutre d'un officier de police aux côtés de Harrison Ford, lui vaut également la reconnaissance de la critique.

Sa carrière d'enfant-acteur est assez prolifique: il a pour partenaire Martin Sheen dans Shattered Spirits (TV) (1986), puis apparaît dans le film de science-fiction Solar babies la même année et dans le thriller fantastique Lady in White (1988). Lukas Haas n'a pas peur d'interpréter des rôles difficiles et incarne ainsi un jeune malade du SIDA dans The Ryan White Story (TV), rôle pour lequel il est nommé aux Emmy Awards. En 1989, il est le fils de Jessica Lange dans Music Box de Costa-Gavras où son grand-père (Armin Mueller-Stahl) est accusé d'avoir commis des crimes de guerre pendant la Seconde Guerre Mondiale, rôle qui lui vaut une nomination aux Young Artists Awards. Toujours sur fond de Seconde Guerre Mondiale, il incarne un jeune garçon qui tente de faire parler une petite fille qui a été témoin du meurtre de son père par l'armée nazie dans Alan & Naomi (1992).

Reconnu par ses pairs comme un jeune comédien prometteur, Lukas Haas joue devant la caméra de Woody Allen dans le musical Tout le monde dit I love you (1996), de Tim Burton dans le déluré Mars Attacks! (1996), puis de Alan Rudolph dans la comédie Breakfast of Champions (1998). Dans les années 2000, il oriente sa carrière vers des films originaux centrés sur des jeunes adultes en proie à toutes sortes de conduites à risques et excès (drogue, violence...) notamment dans Brick (2004), Last Days (2005) de Gus Van Sant ou encore Alpha Dog (2006) de Nick Cassavetes. Il ne néglige pas le petit écran pour autant, et fait quelques apparitions remarquées dans les séries à succès 24 heures chrono, Dirt et Entourage.

Préférant les productions indépendantes et n'hésitant pas à apparaître dans des premiers films, il joue aux côtés de Kim Basinger dans Hunted (2008) de Susan Montford. Il ne tourne cependant pas le dos aux productions hollywoodiennes à gros budget, telles que le thriller fantastique Inception (2010) de Christopher Nolan, dans lequel il retrouve Joseph Gordon-Levitt, à qui il avait déjà donné la réplique dans Brick.