Luis Mansilla wurde 2004 Vizeweltmeister im Scratch bei den UCI-Bahn-Weltmeisterschaften der Junioren in Los Angeles. 2006 gewann er auf der Straße eine Etappe der Vuelta Ciclista de Chile. Im Jahr darauf holte er in Valencia im Scratch seinen ersten Titel als panamerikanischer Meister, 2011 gewann er im Omnium, 2014 im Punktefahren. Bei den Bahnrad-Weltmeisterschaften im britischen Manchester belegte er Platz zehn im Scratch. 2011 belegte er bei den Panamerikaspielen im Omnium Rang zwei und entschied auf der Straße drei Etappen der Vuelta Ciclista de Chile für sich.