I løpet av 1800-tallet opplevde Luleå en kraftig vekst. Industrialiseringen førte til opprettelsen av flere nye fabrikker rundt byen. På sommeren var Luleå en viktig eksporthavn for jernmalm og andre mineraler fra gruvedriften i Kiruna og Gällivare. På vinteren ble det et problem at Bottenviken var tilfrosset og dette hemmet mye av utskipningen. Det var ut fra dette man begynte å planlegge en jernbanestrekning over fjellet og helt til den isfrie havnen i Narvik.
Under 2. verdenskrig ble Luleå sterkt påvirket av den tyske okkupasjonen av Norge og Finland. Byen fungerte i denne perioden som et viktig knutepunkt for tyske forsyninger og militære operasjoner i de 2 nabolandene.
På 1960 og 70-tallet opplevde Luleå en ny bølge av industrialisering og vekst. Byen ble et sentrum for kraftintensiv industri, spesielt med stålverk og store papirfabrikker. Den økonomiske veksten førte til en betydelig tilflytting, og i dag er Luleå kjent for sin høyteknologiske industri, spesielt innen IT og datalagring. Et av Sveriges største tekniske universiteter, Luleå Tekniska Universitet, bidrar til innovasjon og utvikling i hele området.
Luleå har en rik kulturarv med mange museer, teatre, musikkfestivaler og et spesielt UNESCO sted ved Gammelstads Kyrkstad (se egen beskrivelse) som tiltrekker seg besøkende fra både innland og utland. Som en kystby ved Bottenviken har Luleå en stor skjærgård med over 1.300 øyer og mange flotte strender innenfor egen kommune. Om vinteren, når Østersjøen fryser til, er det populært å drive med isfiske og hundekjøring mellom alle øyene. Hvert år brøyter og rydder byen en spesiell isbane som gjør det mulig å gå på skøyter der de lokale rutebåten trafikkerer havnen mens den er isfri.
