او دوران دبستان و دبیرستان را در شهر یزد گذراند و در دوره ابتدایی نخست در دبستان "اسلام" و سپس در مدرسه‌ای دولتی به نام مدرسه" نمره دو" تحصیل کرد و تحصیلات دوره دبیرستان را در دبیرستان ایرانشهر گذراند.
او سپس برای ادامه تحصیل در دانشگاه به تهران آمد؛ اما بعد از مدتی رشته ادبیات را رها کرد و در نخستین کنکور دانشکده هنرهای زیبا شرکت کرد و قبول شد.
او در این دوره همکلاسی افرادی همچون مهندس سیحون، مهندس صانعی، مهندس دولت آبادی، مهندس کریمان و مهندس ریاضی بود که امروز به عنوان چهر‌های شناخته شده‌ای در این عرصه از آنها سخن رفته است.
در آن زمان در دانشکده هنرهای زیبا توجه چندانی به معماری ایرانی نمی‌شد و بیشتر گرایش به سمت معماری غربی بود و از نمونه بناهای یونانی و سایر آثار اروپایی برای تمرین‌های درسی استفاده می‌شد.
این موضوع چنان که پیرنیا در گفته‌هایش بر آن تاکید کرده، موجب رضایت خاطر او قرار نگرفت و سرانجام دانشکده هنرهای زیبا بدون آن که تحصیلات خود را به اتمام برساند، ترک کرد و به بررسی و تحقیقات فردی خویش متکی شد.
پیرنیا خود در این باره گفته است:" علاقمندی من به معماری ایران از دوران کودکی شروع شد.هنگامی که به دانشکده وارد شدم نیز نظرم همین بود.
در دانشکده رسم بر این بود که "اردهای" یونانی را کپی کنیم. تنها کسی که آنها را نکشید من بودم. برای نمونه، تمرین دیگر طراحی پاسیو و ایوان بود که من آنها را با قوس تیزه دار"آژیو" کشیدم که نمره اول شد.
بعدها که با کمال تاسف مشاهده کردم این نوع کارها را در دانشکده مسخره می‌کنند از آنجا دل بریدم و به کارهای مورد علاقه خود پرداختم".
دنباله خود باختگی‌هایی که از زمان قاجار آغاز شده بود و در زمان ناصرالدین شاه به حد اعلای خود رسیده بود، در دانشکده به شدت به چشم می‌خورد، به نحوی که از هر چیزی که ایرانی بود به شدت پرهیز می‌کردند؛ حتی طرح خانه ایرانی و... .
پیرنیا در این مسیر تلاش کرد تا با بررسی بناها و گفتگو با معماران و استادکاران قدیمی برخی از ویژگی‌ها و اصول معماری ایرانی را مورد شناسایی قرار دهد و به تدریج حاصل برخی از آنها را طی مقالاتی که تدوین کرد، در اختیار عموم قرار داد.
خودش گفته است:" من سال اول دانشکده‌ام را با چهار پروژه تمام کردم که همه آنها نمره اول شد و مدال گرفت. تقریبا نیمی از سال بیکار بودم و بعد هم که دیدم در آنجا خبری نیست به دنبال پیرمردهایی که خوشبختانه آن موقع زنده بودند و از آنها بسیار آموختم".
او از سال 1344 تا مدتی پیش از انقلاب به عنوان معاون فنی سازمان حفاظت آثار باستانی در زمینه ترمیم، تعمیر و احیای بناها و آثار باستانی فعالیت کرد و مدتی در دانشکده هنرهای زیبا، دانشگاه شهید بهشتی به تدریس معماری ایرانی مشغول بود.
با توجه به کمبود اسناد و متون مربوط به معماری ایران در دهه‌های پنجاه و شصت هجری شمسی، حاصل تلاش‌ها و بررسی‌های استاد پیرنیا بسیار ارزشمند و سودمند بود و ایشان به درستی موفق شد دیدگاهی مثبت و ارزنده نسبت به معماری ایرانی پدید آورد.
پیرنیا علاوه بر اطلاعات بسیار سودمند و ارزشمندی که در حوزه معماری ایرانی تألیف و فراهم کرده بود، به صورت خاص در سه مورد نکاتی و مباحثی را طرح کرد.
او شمار فراوانی از واژه‌های کهن و قدیمی در زمینه معماری را گردآوری کرد.
موضوع دیگری که او مورد توجه قرار داد، سبک‌شناسی معماری ایرانی است.
این معمار، 6 سبک در معماری ایرانی از دوران باستان تا دوران قاجار را دسته بندی کرد که عبارت از سبک پارسی، پارتی، خراسانی، رازی، آذری، اصفهانی است.
اما موضوع سوم در تحقیقیات ایشان اشاره به اصول معماری ایرانی است.
او در گفت‌وگوهایی عنوان کرده است:"معتقد بودم که نباید در معماری ادا درآورد. خیلی جاها گفته‌ام که برای معماری ایرانی و یا اسلامی، ادای معماری زمان صفوی را درآوردن غلط است.
همیشه معماران ما از پیشرفته‌ترین فن (تکنیک) زمان بدون تعصب اینکه از کجا آمده است بهره برده‌اند. به همین دلیل است که معماری شیوه رازی از زمان سلجوقی با شیوه اصفهانی از زمان صفوی متفاوت هستند.
تا وقتی که زمان خود باختگی شروع شد و پیوندمان با هنر خودمان گسسته شد. در هر حال باید منطق معماری گذشته را نگاه داریم".
احیای سر در باغ فین، تعمیر مسجد جامع ورامین، مرمت سر در شاه عبدالعظیم، احیای "مسجد کبود" تبریز و "باغ دولت آباد" یزد، بازسازی مسجد فهرج و ایوان "سید رکن الدین" یزد از جمله کارهایی است که در کارنامه پربار پیرنیا می‌توان به آن اشاره کرد.
علاوه بر معماری که حوزه تخصصی پیرنیا محسوب می‌شد، او در ادبیات، نقاشی، خوشنویسی و موسیقی نیز دستی داشت و نظریه معروفش درباره "چهار اصل مشترک هنرهای ایرانی ـ اسلامی" نیز از همین آشنایی با دنیای متنوع فرهنگ و هنر ایرانی ـ اسلامی، نشأت می‌گرفت.
او همچنین به زبان‌های عربی و عبری احاطه داشت و زبان فارسی پهلوی را به خوبی می‌دانست و با خط میخی نیز آشنا بود.
پیرنیا سرانجام 9 شهریور 1376 پس از یک دوره بیماری طولانی درگذشت و در دانشکده معماری دانشگاه یزد به خاک سپرده شد.
