È nato ad Asmara da genitori italiani e ha vissuto in Eritrea fino all'età di 12 anni. Suo padre ha lavorato nel paese africano come dirigente di banca.
Durante la guerra tra Etiopia ed Eritrea è stato portato in salvo in Italia in un aereo militare, da solo, con i genitori rimasti in Eritrea.
Si è trasferito a New York nel 1985 per studiare cinema e ha acquisito la doppia cittadinanza italiana e statunitense.
Nel 1993, dopo un viaggio in India, è stato prodotto il suo primo mediometraggio Boatman, presentato a numerosi festival internazionali.
Le sue produzioni successive sono state presentate al Festival del Cinema di Venezia: Afterwords nel 2001 e Below Sea Level nel 2008. Quest'ultimo gli ha fatto vincere al Lido i premi Orizzonti e Doc/It e vari altri premi internazionali.
Il suo documentario Sacro GRA ha vinto un Leone d'oro al miglior film alla 70ª Mostra internazionale d'arte cinematografica di Venezia. Il film è stato girato sul grande raccordo anulare a Roma ed è incentrato sulle difficili vite delle persone che vi abitano vicino.
Nel 2016 il suo documentario Fuocoammare ha riscosso un grande successo internazionale: tra gli altri, ha vinto l'Orso d'Oro al Festival Internazionale del Cinema di Berlino e nel 2017 è stato candidato come Miglior documentario agli Oscar.
È vissuto a Lampedusa per un anno per documentarsi adeguatamente e prepararsi a girare Fuocoammare.