Nazwa tej wsi wywodzi się od nazwy osobowej Łuczaj, która z kolei wywodzi się od staropolskiego słowa łuczać - miotać pociski, strzelać, rzucać.             Pierwsze dane o wsi pochodzą z 1528 roku. Właśnie w tym roku: „Michał i Maciej Łuczajewicze i Stankowa Łuczajowa, wdowa, ziemianie z sioła Łuczaje, stawili się 1528 roku na popis ziemi bielskiej”.

Miejscowa drobna szlachta przyjęła nazwisko Łuczaj. Ród ten został opisany w „Herbarzu” Adama Bonieckiego. Według niego Maciej Łuczay, żonaty z Barbarą, 1595 r., Mikołaj z żoną, Dorotą, współdziedzice Warpęch, Wojciech, syn Leonarda, Andrzej, syn Marcina, Jakób, Paweł, Anna i Zofja, dzieci Andrzeja i Reginy, 1598 r. wymienieni [zostali] w wyrokach Trybunału lubelskiego.

Łuczajowie byli licznym rodem. Zapisy o nich pojawiają się przy okazji różnych transakcji w sąsiednich wsiach: Rozalja Stanisławowa Litwinkowiczowa, córka Jana Antoniego i Wiktorji, sprzedała 1772 r. część wsi Falki Stara Wieś stryjecznemu bratu swemu Wojciechowi, synowi Mateusza. Stanisław, syn Jana, sprzedał 1778 r. część wsi Falki Filipy Józefowi Pierzchale. Paweł, syn Wojciecha i Anny Zaleskiej, sprzedał 1795 roku część wsi Łuczaje i Warpęchy siostrze rodzonej, Marjannie, wdowie po Antonim Stefańskim. Aleksander Michał, syn Bartłomieja i Katarzyny, z żoną, Teresą Szymańską, kupił 1802 r. części Orzechowa, zwane Filipy i Perkulanka od Orzechowskich.

Sama miejscowość Łuczaje była zapisywana przez wieki prawie tak samo jak współcześnie. W aktach unii polsko-litewskiej zapisano Łuczaye, w 1580 (spis podatkowy ziemi bielskiej) Łuczaje Filky. W spisie podatku pogłównego z 1676 roku już Łuczaje i taka nazwa pozostała również w następnych latach. W Słowniku Geograficzny zapisano: „Łuczaje - wieś w guberni grodzieńskiej, w byłej ziemi bielskiej”.

W 1921 roku miejscowość ta liczyła 12 domów i 61 mieszkańców, należała do gminy Wyszki.