Po ujawnieniu dużych zdolności improwizatorskich rozpoczął naukę gry na organach u Marcela Dupré i został spadkobiercą tradycji wielkich organistów francuskich (Marcel Dupré studiował pod kierunkiem Charlesa-Marie Widora i Louisa Vierne’a, Vierne z kolei był uczniem Césara Francka). Messiaen zdobył pierwszą nagrodę także w kategorii organów i improwizacji organowej w roku 1929. Po roku studiowania kompozycji u Widora, jesienią roku 1927, znalazł się w klasie nowo zatrudnionego w Paryskim Konserwatorium Paul Dukasa, który zaszczepił Messiaenowi zamiłowanie do orkiestracji. W roku 1930 Messiaen zdobył pierwszą nagrodę w zakresie kompozycji.
W czasach studenckich skomponował swoje pierwsze opublikowane dzieło – osiem „Preludiów” (Préludes) na fortepian. Utwory te wykorzystują modi o ograniczonej liczbie transpozycji i rytmy palindromiczne (nazwane przez Messiaena nieodwracalnymi). Publiczny debiut Messiaena miał miejsce w 1931 roku, kiedy to została wykonana jego suita Les offrandes oubliées.