Творчество Мессиана представляет самостоятельную, независимую от каких-либо школ и направлений область современной музыки (начиная с 30-х гг.).
Мессиан родился в семье учителя английского языка Пьера Мессиана (1883-1957), и поэтессы Сесиль Соваж (1883-1927). В одиннадцать лет поступил в Парижскую консерваторию в класс композиции Поля Дюка и органа — Мориса Эмманюэля и Марселя Дюпре. Окончил консерваторию с первыми премиями по специальностям: фортепиано, орган и импровизация, история музыки, композиция.
Год спустя после окончания консерватории Мессиан получает место органиста в церкви Святой Троицы в Париже (занимая впоследствии эту должность в течение более 60 лет). В это же время музыкант увлекается древними церковными песнопениями, музыкой Индии и орнитологией. Он создаёт подробную классификацию и каталог птичьих песен, а также начинает использовать их имитацию в своих сочинениях.
В 1936—1939 Мессиан преподаёт в Нормальной школе музыки в Париже и в «Схола канторум». Вместе с Андре Жоливе, Даниэлем Лезюром и Ивом Бодрие организует группу композиторов «Молодая Франция».
С началом Второй мировой войны Мессиана призывают в армию, год спустя он попадает в плен. Находясь в лагере для военнопленных, пишет ряд сочинений, в том числе «Квартет на конец света», впервые исполненный пленными музыкантами в январе 1941 года. В марте того же года Мессиана освобождают, и он становится профессором класса гармонии в Парижской консерватории. В 1947 специально для композитора в ней создаётся класс анализа, эстетики и ритмики.
В последующие годы Мессиан путешествует по разным странам, давая мастер-классы и выступая в качестве органиста. С 1966 — профессор класса композиции в Парижской консерватории. Среди его учеников — Пьер Булез, Жерар Гризе, Хенрик Гурецкий, Питер Донохоу, Эугениуш Кнапик, Янис Ксенакис, Дьёрдь Куртаг, Ивонна Лорио, Микис Теодоракис, Карлхайнц Штокхаузен и другие известные музыканты.
Мессиан — обладатель многочисленных международных наград в области искусства, в том числе премии Эрнста Сименса (1975), Премии Эразмус (1971) и др. Он также является членом Института Франции, Бельгийской королевской академии наук, искусств и литературы.
В теоретических трудах («Техника моего музыкального языка», 1944; «Трактат о ритме», 1948) сформулировал собственные новые и сложные композиционные принципы. В сочинениях Мессиана нашли отражение теологические идеи и искания (фортепианный цикл «Двадцать взглядов на младенца Иисуса», оркестрово-хоровое сочинение «Три маленькие литургии божественного присутствия», оба — 1944), изучение традиций неевропейских культур — индийской, японской, латиноамериканской (симфония «Турангалила», 1948, и др.), увлечение орнитологией, особенно изучение голосов птиц («Каталог птиц» для фортепьяно, ударных и духовых, тетради 1 — 7, 1956—1958, и др.).
Автор монументальной оперы «Святой Франциск Ассизский» (1983). Концертировал как органист и пианист (исполнитель собственных сочинений); блестящий импровизатор.