Nacido en Bétera y formado en las categorías inferiores del Valencia CF, Luis Doménech llegó al Mestalla a los 19 años, en 1955. Era un centrocampista diestro, de apariencia fría pero de gran movilidad y buenas cualidades técnicas. Jugó 15 partidos en su primera temporada en el filial con tan buen rendimiento, que Luis Miró no dudó en darle varias oportunidades en tres partidos de Primera División en diciembre de 1956. Su debut en La Romareda fue sensacional, y todos los cronistas se apresuraron a descubrir el nacimiento de un genio.

Jugó otros dos partidos, uno contra el Celta y otro en Sarriá, tras el cual los medios de comunicación de Barcelona de deshicieron en elogios. Pero el técnico pensó que era pronto para él y le envió cedido al Alicante, donde jugó a buen nivel durante una temporada en Segunda División. Volvió en la temporada 1958-1959, esta vez con Quincoces en el banquillo. Jugó otros tres partidos de Liga, pero tampoco dio el nivel esperado. Volvió a marcharse cedido, esta vez al Sporting de Gijón, pero ya no regresó a Mestalla y firmó por el Levante. Luis Doménech falleció el 31 de julio de 2009, a los 72 años de edad.