Nació en Piña de Esgueva en el año 1915, pero la familia pronto se trasladó a Tudela de Duero. Sus padres Eugenio y Gabriela, y su hermana Lorenza, formaban la familia, que vivía en la calle Grupo Escolar 5. En la misma casa vivía su hermano mayor, Leonardo y su mujer, Victoria, con sus cuatro hijos: Eutropia, Eugenia, Elisa y Antonio, niños de entre 10 y 4 años. Luciano se caracterizaba físicamente por ser muy rubio.

El domingo 19 de julio de 1936, cuando aún no había cumplido los 21 años, las fuerzas sublevadas contra la República entraron en Tudela de Duero en dos camiones. Ya en el pueblo comenzaron a detener a las autoridades municipales, a los funcionarios que quisieron permanecer al lado de la legalidad y a muchos vecinos por el mero hecho de ser republicanos.
Luciano era socialista y acudía con regularidad a la Casa del Pueblo. Aunque era jornalero, tenía formación, le gustaba leer la prensa y colaboraba junto con los más jóvenes en la organización de actividades en Tudela y en los pueblos de la vecindad, por lo que fue objetivo de los atacantes.

Tras ser detenido, lo encarcelaron en las Cocheras de Tranvías de Valladolid, unas naves destinadas a guardar los antiguos tranvías de la ciudad, ya en desuso. Allí se hacinaban miles de detenidos en medio de la confusión, el temor y toda clase de carencias. Luciano tuvo la compañía de todos sus vecinos detenidos, pues los mantuvieron juntos.
El día 9 de enero de 1937, los 73 detenidos de Tudela fueron trasladados a la Cárcel Nueva de Valladolid para ser juzgados en el Consejo de Guerra 586/36. Los acusaron de rebelión militar, y a Luciano Montalvillo además de “rociar con gasolina la casa de D. Felciano Olmos prendiéndola fuego, que fue apagado por el dueño de la casa”, acusación negada por él y que jamás pudo ser probada, ya que se basaba en una denuncia personal del propio Olmos.

La sentencia lo condenó a muerte. Se dio la circunstancia de que cumplía los 21 años, la mayoría de edad, en octubre, por lo que la sentencia se cumplió.

En la madrugada del 2 de marzo de 1937, Luciano fue conducido al Campo de San Isidro, lugar elegido por los sublevados para fusilar a los condenados. Allí murió junto con otros catorce compañeros, y fue enterrado en una fosa común del cementerio del Carmen de Valladolid.

La vida de Luciano Montalvillo casi no había comenzado cuando fue asesinado tras un juicio sin pruebas ni defensa. Sus restos se perdieron en una fosa común. Su familia no ha recibido nunca reparación ni justicia.