Nato a Sesto Fiorentino (FI) nell’aprile 1927, dopo gli studi all’Accademia di Belle Arti di Firenze, comincia a lavorare a teatro, diventando un prezioso collaboratore di Luchino Visconti (conosciuto durante l’allestimento di Troilo e Cressida di William Shakespeare) per le sue accurate ricostruzioni storiche.

Sarà l’inizio di un sodalizio artistico che durerà per circa venticinque anni (da Bellissima - 1951 - fino a L’innocente -1976). A suo agio sia nella ricostruzione d’epoca sia nella minuziosa ricognizione di ambienti contemporanei, crea i costumi della migliore produzione viscontiana (Senso - 1954 -,  Rocco e i suoi fratelli - 1960 -, Il Gattopardo - 1963 -, tratto dal libro omonimo - Premio Strega 1959 - di Giuseppe Tomasi di Lampedusa, e la trilogia tratta da Thomas Mann e formata da La caduta degli dei - 1969 -, Morte a Venezia - 1971 -, e Ludwig - 1972). Con Visconti collabora anche per Le notti bianche (1957), Lo straniero (1967), tratto dal libro omonimo di Albert Camus, e Gruppo di famiglia in un interno (1974).

Per oltre cinquant’anni mette la sua rigorosa sensibilità al servizio del cinema italiano di qualità, lavorando con anche con Mauro Bolognini (Marisa la civetta - 1957 -, Giovani mariti - 1958 -, Arrangiatevi! - 1959 -, Il bell’Antonio - 1960 -, La viaccia - 1961 -, Senilità - 1962 -, Arabella - 1967 -, Metello - 1970 -, Bubù - 1971 -, Libera, amore mio! - 1975 -, Per le antiche scale - 1975 -  La vera storia della signora delle Camelie - 1981), Mario Monicelli (I compagni - 1963 -, Vogliamo i colonnelli - 1973), Vittorio De Sica (Ieri, oggi, domani - 1963 -, Caccia alla volpe - 1966), Federico Fellini (Toby Dammit - 1968 -, episodio di Tre passi nel delirio), Pier Paolo Pasolini (Medea - 1969), Liliana Cavani (Il portiere di notte - 1974 -, Al di là del bene e del male - 1977 -, La pelle - 1981 -, tratto dal libro omonimo di Curzio Malaparte, Oltre la porta - 1982) e Franco Zeffirelli (La traviata - 1983 -, Storia di una capinera - 1993 -, tratto da Giovanni Verga, il cortometraggio Omaggio a Roma - 2009).

Fra gli altri film ricordiamo L’arte di arrangiarsi (1954) di Luigi Zampa, scritto da Vitaliano Brancati, Il padrone sono me (1955) di Franco Brusati, Suor Letizia (1956) di Mario Camerini, Policarpo,ufficiale di scrittura (1959) di Mario Soldati, La contezza azzurra (1960) di Claudio Gora, Un amore a Roma (1960) di Dino Risi, Acavallo della tigre (1961) di Luigi Comencini, La visita (1963) di Antonio Pietrangeli, La donna scimmia (1964) di Marco Ferreri, Matchless (1967) di Alberto Lattuada, Questi fantasmi (1967) di Renato Castellani, tratto da Eduardo De Filippo, Il malato immaginario (1979) di Tonino Cervi, tratto dalla pièce omonima di Molière, Un bel dì vedremo (1997) di Tonino Valerii, Le chiavi di casa (2004) di Gianni Amelio.

Nel corso della sua lunga carriera Piero Tosi ha vinto tre David di Donatello (per La vera storia della signora delle Camelie e Storia di una capinera) ed otto Nastri d’Argento (per Policarpo, ufficiale discrittura, La viaccia, Senilità, Il Gattopardo, Morte a Venezia, Ludwig, La traviata e Storia di una capinera)

Per molti anni ha insegnato al Centro Sperimentale di Cinematografia di Roma, dove, fra il 1997 e il 2003 viene girato il documentario Chiari e morbidi tessuti. L’arte di Piero Tosi di Matteo Pedani, che, nel 2014, verrà proiettato in occasione della cerimonia degli Academy Awards, quando Tosi riceverà l’Oscar alla Carriera.