Figlio di Ennio Morricone e fratello del regista e sceneggiatore Giovanni Morricone, inizia gli studi musicali sotto la guida del padre. Diviene successivamente allievo di Irma Ravinale, Ada Gentile e Ivan Vandor, diplomandosi al conservatorio di Santa Cecilia di Roma in Composizione nel 1994 e, nel 1996, in Direzione d'orchestra sotto la guida di Bruno Aprea. Nel 1998 consegue il perfezionamento in Composizione musicale presso l'Accademia Nazionale di Santa Cecilia sotto la guida di Franco Donatoni e Azio Corghi. Dal 1996 al 1998 ricopre la carica di direttore artistico dell'Auditorium dell'Istituto Massimiliano Massimo di Roma.
Come direttore d'orchestra ha debuttato a Roma presso l'Istituzione Universitaria dei Concerti (IUC) e ha tenuto diversi concerti sia in Italia che all'estero. Ha diretto, fra le altre, anche l'orchestra dell'Accademia Nazionale di Santa Cecilia e l'orchestra dell'Opera di Budapest.
Come compositore ha composto sia per organici cameristici sia per orchestre sinfoniche, e le sue opere sono state eseguite in diverse rassegne di musica contemporanea a partire dal 1994.
Come compositore di musiche da film inizia ufficialmente nel 1988, con la sua collaborazione assieme al padre alla realizzazione della colonna sonora del film Nuovo Cinema Paradiso di Giuseppe Tornatore. Il tema d'amore del film, da lui composto, viene premiato nel 1990 con il premio British Academy of Film and Television Arts (BAFTA).
Nel 2012 ha vinto il Premio Ennio Morricone per il miglior compositore delle musiche al Bif&st di Bari per il film L'industriale di Giuliano Montaldo.