Leur histoire commence dans la saison 1, Lucas est attiré par Peyton et c'est réciproque, mais Peyton le repousse lorsqu'il s'apprête à passer à l'acte sans bonne raison elle le regrettera après. Il choisira finalement Brooke. Un peu plus tard il veut recommencer son histoire avec Peyton mais celle-ci ne veut pas perdre Brooke donc elle le repousse (encore)  même si elle l'aime.

Dans la saison 2 ils sont seulement amis et rien de plus. Lucas se rend compte que Peyton souffre du départ de Jake et lui demande de revenir.

Dan la saison 3, Brooke étant partie pour l’été, ils pont passé l’été ensembles et sont de bons amis. Mais ils ont une divergence d’opinion sur le retour d’Haley. Lors de la fusillade Peyton embrasse Lucas car elle croit qu'elle est sur le point de mourir et découvre par après qu'elle éprouve plus que de l’amitié envers lui. Quand Brooke l'append elle est très en colère et ne veut plus revoir Peyton.

Dans la saison 4 quand Brooke laisse Lucas, celui-ci devient très proche de Peyton sans savoir qu'elle l'aime. Il trouve étrange le comportement du soit disant frère de Peyton et la sauve de justesse alors qu’il agresse Peyton. Il la soutient ensuite dans cette épreuve traumatisante. Elle lui avoue finalement qu'elle l'aime. Il ne sait trop quoi dire, il lui répond : Oh! En fait, il a surtout peur de se que Brooke pensera mais elle lui donne son accord et lui dit d’aller lui dire qu'il aime aussi. Ils sortent finalement ensemble et sont très heureux.

Saison 5 :

Peyton et Lucas ont rompus depuis trois ans, la distance et le travail très prenant de Peyton ont eu raison de leur relation. Pour la sauver Lucas va demander Peyton en mariage, mais celle-ci lui dit qu'elle n’est pas prête à se marier et lui répond : un jour. Quand ils se revoient plus tard Peyton, ressent encore quelque chose pour lui mais Lucas est tombé amoureux de son éditrice et veut qu'ils restent simplement amis. Peyton n'arrive quand même pas à l'oublier.
Brooke soutient même son amie en lui avouant qu'elle a toujours su que c'était Peyton et Lucas et la pousse à aller récupérer ce qu'elle est venue chercher en revenant à Tree Hill.
Peyton finit par lui ouvrir son cœur et lui dire qu'il lui manque tout le temps.
Ils s'embrassent.
Mais quand Peyton va voir Lucas, Lindsey lui annonce qu'ils vont se marier, ce qui laisse Peyton sans voix.

C’est à ce moment que Peyton réalise vraiment qu’elle aime Lucas, elle est dévastée. Peyton regrette d’avoir dit non à Lucas trois ans plus tôt mais fera profil bas jusqu’au mariage. Lindsey dira Non à Lucas à cause de Peyton et le laissera tombé. Peyton se sent responsable de l’échec du mariage et en veut en même temps à Lucas d'avoir dit Oui à Lindsey.

Dans un moment de faiblesse, Lucas, saoul, lui dira qu’il la déteste et qu’elle lui a gâché la vie en revenant à Tree Hill. Le cœur de Peyton prend à nouveau un coup.

Peyton lui fait finalement une déclaration écrite sur le River Court en dessinant la fameuse comète qui a tant bouleversé Lindsey et qui est la cause de son refus au mariage et en écrivant les paroles d’une chanson de The Cure.

Lucas verra cette déclaration d’amour (et repensera sans doute à ce qu'il a toujours aimé en elle, son côté artistique et original) puis ira s’excuser dans le dernier épisode, lui disant que c’était dur de la revoir et que c'est toujours le cas. Elle lui avouera qu’elle a fait une erreur en refusant sa demande, qu’elle fait ce rêve où il la demande en mariage et qu’à chaque fois elle lui répond oui. À l’aéroport on ne sait pas si c’est Peyton qu’il appelle pour lui demander de le suivre à Las Vegas.