Лукас Эрнандес является воспитанником клуба «Атлетико Мадрид», за который играл его отец. В молодёжном составе он оказался в 2007 году в 11-летнем возрасте. В 2014 году Лукас был переведён во вторую команду клуба, за которую играл в Сегунде B. 9 ноября 2013 года он был впервые включён в заявку основного состава «Атлетико» на матч чемпионата Испании против «Вильярреала», однако на поле так и не вышел. В июне 2014 года Эрнандес продлил контракт с клубом до 2018 года. 3 декабря 2014 года он дебютировал за основной состав, отыграв полный матч против «Оспиталета» в Кубке Испании. 21 декабря 2014 года Лукас дебютировал в Примере, выйдя на замену в концовке матча против «Атлетик Бильбао». 10 августа 2015 года Эрнандес продлил контракт с клубом до 2019 года. 27 марта 2019 года было объявлено о соглашении по трансферу Эрнандеса в «Баварию» за рекордные для клуба 80 млн евро. Трансфер игрока состоялся 1 июля 2019 года.