L'autore del terzo Vangelo e degli Atti degli Apostoli non si nomina mai. Tuttavia, l'antica tradizione cristiana ha attribuito unanimemente queste due opere a Luca, compagno di viaggio dell'apostolo Paolo. Questa identificazione è confermata da diversi indizi interni ed esterni.
Paolo menziona più volte un certo Luca tra i suoi collaboratori. Nella lettera ai Colossesi lo definisce affettuosamente «il caro medico» (Colossesi 4.14). Compare inoltre accanto a Marco e ad altri compagni nella lettera a Filemone (Filemone 1.24). Infine, nella sua ultima lettera, scritta poco prima della sua esecuzione, Paolo constata con commozione: «Solo Luca è con me» (2 Timoteo 4.11).
Il libro degli Atti stesso contiene diversi passi redatti alla prima persona plurale («noi»), il che lascia intendere che l'autore abbia accompagnato personalmente Paolo in alcuni viaggi missionari (Atti 16.10-17; Atti 20.5-15; Atti 21.1-18; Atti 27.1-28.16). Queste sezioni, comunemente chiamate i «passi in noi», costituiscono uno dei principali argomenti a favore dell'identificazione di Luca come autore degli Atti.
Con ogni verosimiglianza, Luca era di origine pagana. Nella lettera ai Colossesi, Paolo distingue i suoi collaboratori provenienti dalla circoncisione da quelli che non lo sono, e Luca non figura tra i primi (Colossesi 4.10-14). Sarebbe così l'unico autore non ebreo del Nuovo Testamento.
Il suo livello di cultura appare elevato. La qualità del suo greco, il suo interesse per i dettagli storici, geografici e medici, nonché il suo metodo d'indagine, testimoniano una solida formazione intellettuale. Fin dall'inizio del suo Vangelo, Luca afferma di aver intrapreso «ricerche accurate» e di aver consultato i testimoni oculari per redigere un racconto ordinato destinato a Teofilo (Luca 1.1-4).
Gli scrittori cristiani del II e del III secolo, in particolare Ireneo di Lione, il Canone muratoriano, Clemente Alessandrino, Tertulliano ed Eusebio di Cesarea, attribuiscono unanimemente il terzo Vangelo e gli Atti degli Apostoli a Luca, compagno di Paolo.
Così, Luca appare come un cristiano di origine pagana, medico di professione, fedele collaboratore dell'apostolo Paolo e storico accurato delle origini del cristianesimo. La sua duplice opera, il Vangelo secondo Luca e gli Atti degli Apostoli, costituisce quasi un quarto del Nuovo Testamento e rappresenta una delle fonti più importanti per la conoscenza della vita del Messia Gesù e degli inizi della Chiesa.