Артем Лукоянов родился 31 января 1989 года в городе Альметьевск, Республика Татарстан. Является воспитанником Детско-Юношеской Спортивной Школы по хоккею родного города. Играл за фарм-клуб хоккейной команды «Нефтяник» города Альметьевск.
Свою профессиональную карьеру начал в 2007 году в основном составе хоккейного клуба Высшей хоккейной лиги «Нефтяник». В дебютном сезоне игрок провел на площадке 41 матч и набрал 6 очков, однако уже на следующий год являлся одним из самых результативных форвардов команды. В сезоне 2010/2011 года, Лукоянов вместе с командой дошел до финала Кубка Братины, где «Нефтяник» уступил тюменскому «Рубину» со счетом 0:4.
Сезон 2011/2012 года, Артем Лукоянов также начинал в ВХЛ, но уже 20 ноября 2011 года, находясь в ранге лучшего снайпера Лиги, вызван в основной состав казанского хоккейного клуба Континентальной хоккейной лиги «Ак Барс». Дебютировал в КХЛ в конце ноября 2011 года, в матче против магнитогорского «Металлурга».
В декабре 2011 года, в игре против хоккейного клуба «Динамо» Рига, Артем набрал первое очко в Континентальной лиге, отдав результативную передачу. В начале марта 2012 года, во встрече плей-офф Кубка Гагарина против уфимского «Салавата Юлаева» Лукоянов забросил первую шайбу в КХЛ, принеся победу своей команде. Всего в дебютном сезоне в российской элите, нападающий провел на площадке 25 матчей, записав на свой счет 4 результативных балла.
На начало сезона 2017/2018 года, спортсмен является нападающим хоккейного клуба Континентальной Хоккейной Лиги «Ак Барс» города Казань.