Lluís Vilamajó est né à Barcelone et a commencé ses études musicales dans le chœur d’enfants du monastère de Montserrat. Il les a poursuivies au Conservatoire Supérieur de Barcelone et a étudié avec Margarita Sabartés et Carmen Martínez.

Il est membre de La Capella Reial de Catalunya et d’ Hespèrion XXI sous la direction de Jordi Savall et il collabore avec l’ensemble Al Ayre Español, les Sacqueboutiers de Toulouse, La Fenice, l’Ensemble Baroque de Limoges,  Il Fondamento, l’Orchestre baroque de Venise ou celui de Séville avec lesquels il a donné de nombreux concerts et réalisé des enregistrements en Europe, au Mexique, aux États-Unis et en Israël.
Il a dirigé l’ensemble Capella de Musica de Santa Maria del Mar à Barcelone, où il avait antérieurement chanté sous la direction du Maestro Enric Gispert ainsi que la formation Cor de Noies de l’Orfeó Cátala, du Coro Barroco de Andalucia  (Séville) et du  Coro Vozes de Al Ayre Español Saragosse).

En tant que soliste, il a chanté dans des oeuvres telles que  Les Vêpres de Monteverdi, le Magnificat de Bach, le Requiem de Mozart, la Messe de Gloria de Puccini, La Creation de Haydn, L’Enfant prodigue de Debussy, les Passions de Bach, Le Messie de Haendel, la Messe en Si mineur de Bach ou encore  Il ritorno d’Ulisse in patria de C.Monteverdi. Il est fréquemment invité à se produire en tant que soliste par de nombreux chefs outre Jordi Savall :  Salvador Brotons, Pierre Caoi, Jordi Casas, Juan José Mena, Antoni Ros Malba, Andrew Parrot, E. Ericson, Rinaldo Alessandrini, Wieland Kuijken, Reiner Goebel, André Marcon, Philippe Pierlot et bien d’autres… Il a par ailleurs participé à de nombreux enregistrements chez Astrée-Auvidis, Alia Vox, Fonti Musicali, Harmonia Mundi, Sony Classical ou Deutsche Harmonia Mundi., Accord, Discant Cantus.