Российский военачальник. Один из руководителей Белого движения на Юге России.
Дворянин. Окончил Николаевское инженерное училище, Николаевскую академию Генерального штаба в Санкт-Петербурге. Генерал-лейтенант. На военной службе с 1886 г.
В 1888-1892 гг. служил в саперном батальоне. Позднее — старший адъютант штаба 12-й пехотной дивизии, старший адъютант штаба Киевского военного округа. В 1907-1909 гг. — начальник штаба 42-й пехотной дивизии. В 1909-1913 гг. — начальник мобилизационного отделения Главного управления Генерального штаба. Начальник канцелярии военного министра.
В начале Первой мировой войны под руководством Лукомского была успешно проведена мобилизация российской императорской армии. В 1915-1916 гг. — одновременно помощник военного министра. С апреля 1916 г. — начальник 32-й пехотной дивизии на Юго-Западном фронте, во главе которой участвовал в Брусиловском прорыве.
После Февральской революции 1917 г. командовал 1-м армейским корпусом (апрель-июнь 1917 г.). В июне-августе — начальник штаба Верховного главнокомандующего (при Главнокомандующих А.А. Брусилове и Л.Г. Корнилове). Участник Корниловского выступления. 1 сентября арестован в Могилеве по приказу Временного правительства, находился под арестом в г. Быхове. Освобожден 19 ноября по приказу начальника штаба Верховного главнокомандующего Н.Н. Духонина. Уехал в Новочеркасск, где активно содействовал формированию Добровольческой армии.
Участник борьбы с большевиками в составе Добровольческой армии. С октября 1918 г. — председатель Особого совещания Вооруженных сил Юга России. В феврале 1920 г. уволен от службы и выехал за границу. В эмиграции — представитель Главнокомандующего Русской армии генерала П.Н. Врангеля при союзном командовании стран Антанты в Константинополе, помощник великого князя Николая Николаевича Младшего. Деятель Русского общевоинского союза. Умер в Париже.