Vorsterman è nato a Zaltbommel.

Intorno al 1617 o 1618 si unì alla bottega di Rubens e divenne incisore primario di Rubens per diversi anni.

Rubens era un datore di lavoro esigente verso gli incisori, con una ben precisa idea dello stile che voleva: «Come ha licenziato incisore dopo incisore, ha guidato il migliore, Lucas Vorsterman, in una crisi di nervi".

Nel 1621 sorse una violenta disputa tra Vorsterman e Rubens.

Non è chiaro se ci fosse un alterco fisico tra i due uomini, ma la situazione fu abbastanza grave per gli avvocati di Rubens al punto di presentare una petizione alle autorità per un ordine di protezione, che venne concesso.

Le cause esatte della controversia non sono note, ma si ritiene che abbia avuto origine dalla questione sulla proprietà dei diritti d'autore per le stampe incise da Vorsterman sulla base dei disegni di Rubens.

Prima della controversia, la loro relazione era apparentemente stata buona, dal momento che Rubens aveva accettato di essere il padrino al figlio maggiore di Vorsterman.

La disputa comunque concluse il rapporto di lavoro tra i due uomini.

Nel 1624 Vorsterman andò in Inghilterra ed ottenne il patrocinio della regalità e nobiltà.

Tornato ad Anversa nel 1630 fu uno degli incisori selezionati da Van Dyck.

Eseguì ventidue delle ottanta piastre originali che Rubens doveva realizzare.

Lavorò ancora una volta con Rubens su un progetto di stampa nel 1638.

Vorsterman perse la vista in età avanzata e visse i suoi ultimi anni di vita in povertà.

Visse con l'aiuto economico della Gilda di San Luca di Anversa fino alla sua morte nel 1675.

I suoi allievi sono stati: Paulus Pontius, Hans Witdoeck, Jacob Neefs e Marinus Robyn van der Goes.

Il figlio di Vosterman, Lucas Vorsterman II (nato nel 1624) fu addestrato dal padre per fare anche lui l'incisore.