Γεννήθηκε το 1887 στον Πειραιά. Το 1906 γίνεται ο πρώτος μαθητής του Κ.Παρθένη ενώ το 1908 παίρνει το δίπλωμα του Πολιτικού Μηχανικού από το ΕΜΠ. Φεύγει για το Μόναχο και στη συνέχεια για το Παρίσι, όπου σπουδάζει σχέδιο και ζωγραφική στην Académie de la grande Chaumiére. Παράλληλα γράφεται στο εργαστήριο του αρχιτέκτονα G. Chifflot και παρακολουθεί το μάθημα των αρχιτεκτονικών συνθέσεων στην École des Beaux Arts. Το 1912 επιστρέφει στην Ελλάδα και αρχίζει τις πρώτες μελέτες για την αρχιτεκτονική της νεοελληνικής παράδοσης. Το 1921 διορίζεται Επιμελητής του Καθηγητή Α.Ορλάνδου στο μάθημα της Μορφολογίας της Αρχιτεκτονικής και Ρυθμολογίας όπου παραμένει μέχρι τα μέσα του 1923. Το 1925 ονομάζεται έκτακτος Καθηγητής του Ε.Μ.Π. στην έδρα της Διακοσμητικής. Το 1930 μονιμοποιείται στην ίδια Έδρα. Το 1958 συνταξιοδοτείται. Το 1966 εκλέγεται τακτικό μέλος της Ακαδημίας Αθηνών (τάξη Γραμμάτων και Τεχνών) στην Έδρα της Αρχιτεκτονικής. Πεθαίνει τον Αύγουστο του 1968.
Ανάμεσα στα πιο γνωστά του έργα συγκαταλέγονται η οικία Καραμάνου στην Αθήνα 1925, το Δημοτικό Σχολείο στα Πευκάκια 1931-32, το Πειραματικό Σχολείο Θεσσαλονίκης 1933-37, το Ξενία των Δελφών 1951-55, η οικία Ποταμιάνου στη Φιλοθέη 1953-55, η διαμόρφωση του χώρου γύρω από την Ακρόπολη και το λόφο του Φιλοπάππου 1954-57 και η Παιδική Χαρά Φιλοθέης 1961-65. Εκτός από το αρχιτεκτονικό του έργο ο Δημήτρης Πικιώνης έχει αφήσει και πολύ σημαντικό γραπτό έργο