Après des études à l'Institut des hautes études cinématographiques (IDHEC), il commence sa carrière dans le monde du cinéma en commençant comme assistant réalisateur pour Agnès Varda, Claude Lelouch et Luc Besson.
Son premier long-métrage, "Le Grand Pardon" sorti en 1992, est un drame social sur la vie des enfants dans les quartiers défavorisés de Marseille. Le film a été sélectionné à la Semaine de la critique du Festival de Cannes et a remporté le prix du meilleur scénario au Festival international du cinéma francophone de Namur.
En 1995, il réalise "Les Mômes", un film qui aborde les difficultés rencontrées par les adolescentes de banlieue dans leur accès à l'éducation. Le film a été présenté au Festival international du film de Moscou et a remporté plusieurs prix aux festivals internationaux.
En 2005, il réalise "Pourquoi on tue les chiens" qui s'intéresse à la question des abus animaux en France. Le film a été présenté au Festival international du film de Toronto et a reçu le Prix spécial du jury au Festival international du film de Locarno.
En 2013, il réalise "Les Petits Mouchoirs", une adaptation du roman de Christiane Féraldi, qui raconte l'histoire d'une famille dans laquelle le fils est atteint de leucémie. Le film a été présenté en ouverture du 66ème Festival international du film de Berlin et a remporté le Grand prix au Festival international du film de Saint-Jean-de-Luz.
Depuis quelques années, Pierre Lounissi est également un militant engagé contre la cruauté envers les animaux et s'implique dans plusieurs associations pour défendre leur droit à une vie digne.