Khi Dončić lên tám, cha anh bắt đầu chơi cho câu lạc bộ quê nhà Union Olimpija, và huấn luyện viên của Trường bóng rổ Olimpija, Grega Brezovec đã mời Luka đến tập luyện với các cầu thủ cùng tuổi.[10][15] Ban đầu, Dončić được cho là sẽ tập với các cầu thủ cùng tuổi, nhưng chỉ 16 phút sau buổi tập đầu tiên, ban huấn luyện đã chuyển anh lên nhóm 11 tuổi. Bắt đầu từ buổi tập tiếp theo, anh chủ yếu tập luyện với đội nhóm tuổi dưới 14 của Olimpija, nhưng do quy định của giải đấu, anh ấy chỉ chơi cho đội tuyển chọn dưới 12 tuổi của câu lạc bộ, vào sân từ băng ghế dự bị trước các đối thủ hơn anh ấy 3 hoặc 4 tuổi.[11] Mặc dù bị loại khỏi trận đấu dưới 14 tuổi vào thời điểm đó, nhưng Dončić vẫn thường xuyên yêu cầu để được tham gia tập luyện, ngay cả khi huấn luyện viên yêu cầu anh ở nhà.

Đại diện cho Olimpija tại giải Vasas Intesa Sanpaolo Cup cho nhóm tuổi dưới 14 ở Budapest vào tháng 9 năm 2011, Dončić được vinh danh là cầu thủ giá trị nhất (MVP) mặc dù chỉ về nhì với vị trí á quân, xếp sau FC Barcelona.[16] Vào tháng 2 năm 2012, anh được trao đổi dưới dạng chuyển nhượng cho câu lạc bộ Tây Ban Nha Real Madrid để thi đấu tại giải Minicopa Endesa, một giải dành cho độ tuổi dưới 14 tại Tây Ban Nha.[17][18] Dončić, một trong những cầu thủ trẻ nhất trong đội của anh ấy, ghi trung bình 13,0 điểm, 4,0 rebound, 2,8 kiến tạo và 3,3 cướp bóng mỗi trận để giành danh hiệu MVP của giải đấu, đưa Real Madrid đến ngôi á quân. Vào tháng 4 năm 2012, anh tham gia Giải đấu Lido di Roma dành cho độ tuổi dưới 13 với đội bóng Olimpija, kết thúc với tư cách là MVP và người ghi nhiều điểm nhất với 34,5 điểm mỗi trận. Trong vòng bán kết của sự kiện gặp Victoria Fermo, anh ghi được 29 điểm và 15 rebound. Trong chiến thắng giành chức vô địch trước Lazio, anh đã ghi 54 điểm, 11 rebound và 10 kiến tạo.[10][19]

Vào tháng 9 năm 2012, khi mới 13 tuổi, Dončić đã ký hợp đồng 5 năm với Real Madrid, anh ngay lập tức trở nên nổi bật trong đội dưới 16 tuổi của huấn luyện viên Paco Redondo.[11][20] Anh chuyển đến Madrid, sống và tập luyện với tiềm năng phát triển ở cả bóng đá và bóng rổ.[4] Vào tháng 2 năm 2013, Dončić đã dẫn dắt Real Madrid giành chiến thắng ở Minicopa Endesa, ghi trung bình 24,5 điểm, 13 rebound, 4 kiến tạo và 6 lần cướp bóng mỗi trận. Trong trận đấu cuối cùng của giải đấu, anh đã đóng góp 25 điểm, 16 rebound và 5 cướp bóng để đánh bại FC Barcelona và giành danh hiệu MVP.[21] Vào tháng 3, Dončić đã được vinh danh là MVP của nhóm dưới 16 tuổi tại Giải vô địch Tây Ban Nha, ghi được 25 điểm trong trận đấu giành chức vô địch trước đội trẻ Gran Canaria.[22]

Trong mùa giải 2014–15, Dončić chủ yếu chơi với đội dưới 18 tuổi và đội dự bị của Real Madrid. Khi thi đấu với đội dự bị, anh ghi trung bình 13,5 điểm, 5,9 rebound và 3,1 kiến tạo, giúp họ giành chức vô địch bảng B của Liga EBA, một giải hạng tư nghiệp dư của bóng rổ Tây Ban Nha.[23][24] Vào cuối mùa giải, anh được vinh danh trong đội hình all-league (những cầu thủ xuất sắc nhất) ở toàn giải đấu theo trang web bóng rổ Eurobasket.com. Vào tháng 1 năm 2015, Dončić đã vô địch Giải đấu Ciutat de L'Hospitalet độ tuổi dưới 18 và được chọn vào Đội hình All-Tournament, mặc dù anh vẫn còn trẻ hơn hai tuổi so với phần còn lại của đội.[25] Vào ngày 6 tháng 1, trước đội trẻ của câu lạc bộ cũ Union Olimpija, anh đã lập cú double-double với 13 điểm, 13 rebound, 4 kiến tạo và 4 lần cướp bóng.[26] Vào tháng 5 năm 2015, anh ấy cũng đã giành chiến thắng trong Giải đấu Next Generation cho nhóm dưới 18 tuổi, giải đấu mà anh được chọn là MVP sau khi giúp đánh bại đương kim vô địch Crvena zvezda Belgrade trong trận chung kết.[27]