Dopo aver terminato il percorso di studi al DAMS di Roma Tre, Piero Messina si diploma in regia al Centro sperimentale di cinematografia di Roma. Tra i registi più prolifici della sua generazione, ha iniziato la propria carriera grazie alla realizzazione di molteplici cortometraggi, presentati nei più importanti festival italiani e internazionali. Musicista oltre che regista, si dedica contemporaneamente alla composizione di colonne sonore e nel 2013 collabora con Giorgio Armani alla campagna di lancio della collezione di occhiali Frames of Life, curando la regia del corto pubblicitario in bianco e nero Films of City Frames, che vede la partecipazione di Paolo Sorrentino. Messina è stato infatti assistente del plurimpremiato regista napoletano, con cui ha lavorato prima sul set di This Must Be the Place e successivamente su quello de La grande bellezza, vincitore nel 2014 del premio Oscar come Miglior film straniero. Da allora Messina ha diretto anche diversi prodotti di intrattenimento per la televisione, esordendo con il suo primo lungometraggio - L'attesa - nel 2015.

I corti
Con il cortometraggio Stidda ca curri (2004) Messina si aggiudica la vittoria alla cinquantesima edizione del Taormina Film Fest. L'anno successivo si dedica a un breve documentario sui minatori delle miniere di zolfo della Sicilia intitolato Pirrera (2005), vincitore del Premio Libero Bizzarri e in seguito realizza La vita dentro, storia di Antonio Tessitore (2007), incentrato sulla vita di un giovane liternese affetto da Sclerosi Laterale Amiotrofica.
Dopo Un'altra volta (2008) è il turno de La porta (2009), presentato in concorso al Festival di Rotterdam e interpretato da Roberto Herlitzka e Giorgio Colangeli. Nello stesso anno dirige anche So far So Close (2009), in concorso allo ZEBRA Poetry Film Festival di Berlino. Atto V (2010) è invece parte del progetto "Studio in sei atti" supervisionato da Marco Bellocchio e viene presentato nella sezione Fuori Programma alla ventisettesima edizione del Torino Film Festival, mentre Terra (2011) è in concorso a Cannes nella sezione Cinéfondation.
Dedicato all'amore durante la terza età, La prima legge di Newton (2012) ottiene infine la Menzione Speciale al Festival Internazionale del Film di Roma ed è in cinquina per i Nastri d'argento, oltre a ricevere una nomination per il Globo d'oro.

Le produzioni
Insieme a Massimo Lazzara, nel 2005 fonda la Landscape film s.r.l. La casa di produzione finanzia il documentario Pirrera (2005) diretto dallo stesso Messina e I Gigantari (2008): con la regia di Ella Pugliese, il docufilm viene presentato in concorso alla quindicesima edizione del Premio Libero Bizzarri ed è proiettato anche alla Festa internazionale del cinema di Roma nella rassegna Extra d'essai.

I prodotti per la televisione
Oltre ad aver diretto alcuni documentari per le reti RAI, Messina ha lavorato anche con Sky Arte al programma Capolavori Svelati, presentato da Greta Scacchi e articolato in otto episodi. Il cineasta siciliano ha curato anche uno dei corti d'apertura dello show di Rai2 Stasera Casa Mika e un documentario della serie Artist in Love di Sky UK.
Nel 2019 è inoltre tra i registi della seconda stagione Netflix di Suburra ? La serie e nel 2020 realizza insieme a Ciro D'Emilio e Stefano Lorenzi L'Ora - Inchiostro contro Piombo, miniserie poliziesca di Indiana Production con protagonista Claudio Santamaria.

Le colonne sonore
Esperto ed appassionato di musica, Messina ha realizzato molteplici colonne sonore. La maggior parte dei suoi lavori come compositore si collocano nel 2007, anno in cui cura le musiche di alcuni documentari. In primo luogo Gli invisibili - Esordi nel cinema italiano 2000-2006, girato alla Mostra Internazionale del Nuovo Cinema di Pesaro e dedicato alla generazione degli esordienti degli anni 2000, che raccontano di sé e della situazione del cinema italiano. Poi Il quinto mondo - ambientato in Sardegna e incentrato su tematiche politiche e sociali - e Il senso degli altri, presentato alla venticinquesima edizione del Torino Film Festival e al Sole Luna Doc-film Festival di Palermo, dove vince il premio per il miglior documentario nella categoria Mediterraneo. Del 2007 è anche La minaccia, candidato ai David di Donatello del 2008.
In seguito, lavora alla colonna sonora de I Gigantari (2008), il docufilm finanziato dalla sua casa di produzione e diretto da Ella Pugliese e due anni più tardi a quella di Tarda estate (2010), presentato a Venezia nella sezione Controcampo italiano.

I lungometraggi
L'esordio alla regia di un lungometraggio arriva nel 2015 con L'attesa, di cui cura anche la sceneggiatura. Prodotto da Indigo e Medusa Film, L'attesa è liberamente ispirato a "La vita che ti diedi" di Luigi Pirandello e vede come protagonista Juliette Binoche nei panni di Anna, una donna siciliana costretta ad affrontare la perdita improvvisa del figlio. Il lungometraggio viene presentato in concorso alla settantaduesima edizione della Mostra Internazionale D'Arte Cinematografica di Venezia, oltre che al Toronto Film Festival. Distribuito in circa venti paesi, nel 2016 si aggiudica anche il Globo d'oro come Miglior Opera Prima.
Sul tema dell'elaborazione del lutto e del distacco da una persona amata il regista siciliano tornerà nella sua seconda opera per il grande schermo, Another End (2023). Dramma fantascientifico con Gael García Bernal girato tra Roma e Parigi, il film racconta infatti un futuro prossimo in cui è possibile salutare coloro che non ci sono più: così, un nuovo momento per dirsi addio può forse diventare un modo per alleviare il dolore di una perdita. Per il regista Another End è un film sull'amore, quell'amore che resta quando la vita finisce.