Luyendyk följde i sin fars fotspår in i motorsporten och tävlade i Indy Pro Series flera gånger mellan 2002 och 2008. Han lyckades som bäst bli tvåa i mästerskapet 2002, men även trea 2004 och 2008. Han tog sin första seger i serien på Chicagoland Speedway säsongen 2008. Luyendyk deltog även i Indianapolis 500 2006, men han tvingades bryta på grund av tekniska problem.