Lua 提供了一个自动的内存管理。这就是说你不需要关心创建新对象的分配内存操作，也不需要在这些对象不再需要时的主动释放内存。 Lua 通过运行一个垃圾收集器来自动管理内存，以此一遍又一遍的回收死掉的对象（这是指 Lua 中不再访问的到的对象）占用的内存。 Lua 中所有对象都被自动管理，包括： table, userdata、 函数、线程、和字符串。
Lua 实现了一个增量标记清除的收集器。它用两个数字来控制垃圾收集周期： garbage-collector pause 和 garbage-collector step multiplier 。
garbage-collector pause 控制了收集器在开始一个新的收集周期之前要等待多久。随着数字的增大就导致收集器工作工作的不那么主动。小于 1 的值意味着收集器在新的周期开始时不再等待。当值为 2 的时候意味着在总使用内存数量达到原来的两倍时再开启新的周期。
step multiplier 控制了收集器相对内存分配的速度。更大的数字将导致收集器工作的更主动的同时，也使每步收集的尺寸增加。小于 1 的值会使收集器工作的非常慢，可能导致收集器永远都结束不了当前周期。缺省值为 2 ，这意味着收集器将以内存分配器的两倍速运行。
你可以通过在 C 中调用 lua_gc 或是在 Lua 中调用 collectgarbage 来改变这些数字。两者都接受百分比数值（因此传入参数 100 意味着实际值 1 ）。通过这些函数，你也可以直接控制收集器（例如，停止或是重启）。
使用 C API ，你可以给 userdata 设置一个垃圾收集的元方法。这个元方法也被称为结束子。结束子允许你用额外的资源管理器和 Lua 的内存管理器协同工作（比如关闭文件、网络连接、或是数据库连接，也可以说释放你自己的内存）。
一个 userdata 可被回收，若它的 Metatable 中有 __gc 这个域 ，垃圾收集器就不立即收回它。取而代之的是，Lua 把它们放到一个列表中。最收集结束后，Lua 针对列表中的每个 userdata 执行了下面这个函数的等价操作：
function gc_event (udata)
local h = metatable(udata).__gc
if h then
h(udata)
end
end
在每个垃圾收集周期的结尾，每个在当前周期被收集起来的 userdata 的结束子会以它们构造时的逆序依次调用。也就是说，收集列表中，最后一个在程序中被创建的 userdata 的结束子会被第一个调用。
每次当开发人员使用 new 运算符创建对象时，运行库都从托管堆为该对象分配内存。新创建的对象被放在上次创建的对象之后。垃圾回收器保存了一个指针，该指针总是指向托管堆中最后一个对象之后的内存空间。当新的对象被产生时，运行库就知道应该将新的对象放在内存的什么地方。同时开发人员应该将相同类型的对象放在一起。例如当开发人员希望向数据库写入数据的时侯，首先需要创建一个连接对象，然后是Command对象，最后是DataSet对象。如果这些对象放在托管堆相邻的区域内，存取它们就非常快。 当垃圾回收器的指针指向托管堆以外的内存空间时，就需要回收内存中的垃圾了。在这个过程中，垃圾回收器首先假设在托管堆中所有的对象都需要被回收。然后它在托管堆中寻找被根对象引用的对象（根对象就是全局，静态或处于活动中的局部变量以及寄存器指向的对象），找到后将它们加入一个有效对象的列表中，并在已经搜索过的对象中寻找是否有对象被新加入的有效对象引用。直到垃圾回收器检查完所有的对象后，就有一份根对象和根对象直接或间接引用了的对象的列表，而其它没有在表中的对象就被从内存中回收。