Après une carrière plutôt remplie en tant que joueur, Luis décide de se recycler, au sein du même club qu'il avait aidé à remonter en première division : L'AS Cannes.
N'ayant plus qu'à consolider un groupe déjà bien soudé, il le fait de fort belle manière puisqu'il hisse le club en coupe de l'UEFA, obtenant ainsi la distinction de meilleur entraîneur de D1 lors de la saison 92/93. Le profil de Fernandez intéresse tout particulièrement le Paris Saint-Germain de Canal Plus. Malgré la victoire en championnat et de bons résultats en Coupe d'Europe, le PSG a peiné, la faute en partie au grand entraîneur portugais Arthur Jorge, adepte d'un jeu fermé laissant peu de place à la fantaisie. Les dirigeants du PSG voient en Luis Fernandez l'homme qui peut redorer l'image du club.
La première saison de Luis au Paris Saint-Germain est un succès. Il s'offre la victoire dans les deux coupes nationales, ainsi qu'une formidable épopée en Ligue des Champions, conclue par une élimination en demi-finale face au Milan AC.
Mais la consécration arrivera lors de sa deuxième saison parisienne, où il remporte la Coupe des Vainqueurs de Coupes, offrant à un club Français un deuxième trophée continental, et s'adjugeant le titre de premier entraîneur français à remporter une coupe d'Europe.

Fernandez quitte le Paris Saint-Germain à l'issue de la saison 1995-1996. Il est contacté par l'Athletic Bilbao et signe finalement dans ce club, retrouvant pleinement ses origines dans une équipe de caractère qui a tout à prouver. Fernandez parvient à faire jouer à son club les premiers rôles du championnat, le hissant même jusqu'en Ligue des Champions. L'aventure durera au total quatre saisons.
Il fait son retour en France en tant que consultant, et finit par remplacer Philippe Bergeroo à la tête du PSG une seconde fois. Mais malheureusement, Luis ne réussit pas a réitérer les performances déjà vécues au club, n'obtenant pas de résultats probants malgré un effectif très riche (citons notamment Okocha, Anelka et surtout Ronaldinho). Luis est poussé dehors à l'issue de la saison 2002-2003, malgré le soutien total des supporters qui continuent à l'apprécier énormément.
Six mois plus tard, Luis resigne en Espagne pour sauver l'Espanyol Barcelone d'une relégation quasi-certaine. Son objectif est simple, le maintien. Après seulement une saison, il finit par signer au club qatari d'Al Rayan, qu'il décide de lui-même de quitter au mois de novembre de la même année, afin de rejoindre le club israélien du Betar Jérusalem en qualité de manager général.
Au final, qu'on aime ou pas le personnage, qu'on conteste ses méthodes ou pas, qu'on le juge "de qualité" ou non, qu'on le traîne dans la boue sans raisons ou pas, Luis reste un homme attachant, très lié à l'histoire du PSG. Ce club et ce coach se ressemblent totalement, et l'histoire n'est pas prête de s'arrêter, à en croire les deux parties.

Palmarès :
- Vainqueur de la Coupe des Coupes : 1996 (Paris SG).
- Vainqueur de la Coupe de France : 1995 (Paris SG).
- Vainqueur de la Coupe de la Ligue : 1995 (Paris SG).
- Vainqueur du Trophée des Champions : 1995 (Paris SG).
- Vice-champion de France : 1996 (Paris SG).
- Vice-champion d'Espagne : 1998 (Athletic Bilbao).
- Vainqueur de la Coupe Intertoto : 2001 (Paris SG).
- Finaliste de la Coupe de la Ligue du Qatar : 2005.