I LUNARSEA si formano durante le sessioni di registrazione del primo promo dei Hollowearth, una progressive power metal band composta da Angelo Musmeci, Fabiano Romagnoli, Cristian Antolini, Ivan Nastasi e Stuart Franzoni. Poco prima di debuttare, Fabiano, Angelo e Cristian, decidono di lasciare la band a causa di divergenze musicali, causandone la seguente rottura. I due decidono così di dedicarsi ad un altro progetto, caratterizzato da una sonorità death metal, abbandonando la vena melodica degli Hollowearth. Poco dopo inizia la composizione della demo di debutto, dal titolo "Evolution Plan.TXT" con il nome Lunarsea, composto da 4 brani, registrati durante l'estate nella Farm Music Studio di Fabiano e finito nell'ottobre del 2003. Nel 2004 viene pubblicata la seconda demo dal titolo "Bio Ashesh Halo", composta da 4 brani e una reinterpretazione dei Police.
Dopo un anno, firmano con la Burning star record, etichetta greca che offre un contratto per l'uscita del primo album di debutto. Così, nel mese di aprile 2006 esce "Hydrodinamic Wave". Dopo il Rilascio di Hydrodinamic Wave inizia i primi debutti live e partecipano al Gods of metal 2007 e al greco Metal Healing Festival a Xanthi, il 21 luglio 2007. Inoltre si esibiscono in alcuni concerti fuori d'Italia, come nel novembre 2006 a Budapest o al Burning Star Festival al Club Underworld ad Atene nel febbraio 2007. Nel 2008 esce il secondo album, dal titolo Route Code Selector sotto l'etichetta italiana Punishment 18 Records, per la quale nel 2013 esce anche "Hundred Light Years".

A dicembre 2019 esce il loro quarto album "Earthling/Terrestre" sempre per Punishment 18.