Lluís Miguel Santillana fitxa pel júnior de la Penya la temporada 1966-67 gràcies a les negociacions de Daniel Fernández, avançant-se a un Reial Madrid que semblava tenir el fitxatge fet. Va debutar amb el primer equip de la Penya el 17 de novembre de 1967, en partit de Copa d'Europa davant el FAR Rabat. Va ser el capità de l'equip des de la temporada 1975-76.

Era tònica habitual que durant l'estiu es sentissin rumors del seu fitxatge per altres clubs, especialment pel FC Barcelona, sobretot des de que Zeravica va ser el designat pels blaugranes per seure a la banqueta l'estiu de 1974, o després de la marxa de Fernández al Barcelona poc després. L'acabament de la dècada dels 70 va ser complicada per a ell, per la seva rivalitat amb Slavnić el 1978, i per una hepatitis que el va mantenir apartat gairebé tota la segona volta de la lliga de la temporada següent. El 1981 va ser un dels artífex de la consecució de la primera Copa Korać de la història del club.

L'arribada a la presidència de Santiago March l'estiu del 81 i la seva relació amb Barceló, el secretari tècnic, van propiciar l'aparició d'un «cas Santillana», que adobat amb els seus enfrontaments amb l'entrenador Manel Comas van accelerar la seva retirada. El capità va ser homenatjat en un partit davant una Selecció Europea.

Després d'una temporada retirat dels terrenys de joc, l'estiu de 1982 fitxa pel FC Barcelona d'Antoni Serra.

Es va retirar de la selecció amb 28 anys per motius relacionats amb la seva activitat laboral com a industrial, després d'haver defensat la samarreta de la selecció absoluta 159 vegades i d'haver aconseguit la medalla de plata a l'Europeu de Barcelona'73.