Pendant ses études d'histoire à l'Université de Lisbonne, Pedro Costa suit des cours de cinéma à l'École supérieure de théâtre et de cinéma de Lisbonne où il est l’élève d’António Reis, Paulo Rocha et Alberto Seixas Santos. Après avoir travaillé comme assistant réalisateur auprès de plusieurs cinéastes tels que Jorge Silva Melo, Vítor Gonçalves et João Botelho, il réalise un premier long métrage, Le sang (O Sangue) en 1989.
Il a reçu le Prix de la culture française (Cinéaste étranger de l'année) au Festival de Cannes 2002 pour la réalisation du film Dans la chambre de Vanda. En avant jeunesse ! a été sélectionné pour le Festival de Cannes 2006 et a remporté le prix Independent/Experimental (Los Angeles Film Critics Association) en 2008.

Longs métrages :
Le sang (1989)
Casa de Lava (1995)
Ossos (1997)
Dans la chambre de Vanda (2000)
En avant jeunesse ! (2006)
Centro Histórico (segment de Sweet Exorcism, 2012)
Cavalo Dinheiro (2014)

Courts métrages et documentaires :
É Tudo Invenção Nossa (1984 - film court)
Where Does Your Hidden Smile Lie? (documentaire - 2001)
The End of a Love Affair (2003 - film court)
Tarrafal (2007 - film court - segment de L’état du Monde, coréalisé avec avec Chantal Akerman, Apichatpong Weerasethakul, Wang Bing, Vicente Ferraz et Ayisha Abraham)
The Rabbit Hunters (2007 - film court  - segment de Memories)
Ne change rien (2009 - documentaire avec Jeanne Balibar)
O nosso Homem (2010 - film court)