Toomas Lukk on töötanud Eesti Teaduste Akadeemias. 1993. aastast töötab ta Eesti välisteenistuses. Ta on töötanud välisministeeriumi poliitikaosakonnas ja Eesti esinduses New Yorgis. Aastatel 2002–2006 oli ta Eesti suursaadik Lätis, seejärel välisministeeriumi Ida-Euroopa ja Kesk-Aasia büroo direktor.[1]
Aastatel 2016–2018 töötas Lukk välisministeeriumi poliitikaosakonna Aasia, Aafrika, Austraalia ja Ladina-Ameerika büroo direktorina, 2018–2022 oli ta suursaadik Kanadas.[2] Alates 2022. aastast on ta Eesti suursaadik Rootsis.[3]
