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Débutant comme directeur de la photographie, il s'impose comme réalisateur en 2005 en mettant en scène Banlieue 13, produit par Luc Besson. Le film remporte un succès commercial et connaît en 2009 une suite, Banlieue 13 ultimatum, réalisée par Patrick Alessandrin.
En 2008, Pierre Morel revient avec Taken toujours produit par Luc Besson avec Liam Neeson. Le film raconte l'histoire d'un père qui a 4 jours pour retrouver sa fille enlevée à Paris. C'est le film français qui a rapporté le plus d'argent en Amérique : 145 000 989 $.
En 2021, il réalise Embuscade (Al-Kameen الكمين), un film produit par les Émirats arabes unis (via Image Nation) sur la guerre civile yéménite dans laquelle les Émirats arabes unis interviennent militairement au côté de l'Arabie saoudite dans le cadre de l'opération Restaurer l'espoir. Les militaires émiratis et plus largement l'opération Restaurer l'espoir sont critiqués pour les nombreuses victimes civiles qu'ils causent et leur utilisation de la torture. Le blocus imposé par l'opération empêche l'arrivée de l'aide humanitaire et engendre une famine. Le film bénéficie du soutien du gouvernement émirati et de l'armée et prend le parti des soldats émiratis. Ce choix de glorifier le rôle militaire des Émirats arabes unis est critiqué par la militante pour les droits de l'homme Maryam al-Khawaja. Le film est fréquemment décrit comme un film de propagande[4].