ปิยบุตรเกิดเมื่อวันที่ 23 ตุลาคม พ.ศ. 2522 เป็นบุตรคนที่ 3 ในจำนวนพี่น้องทั้งหมด 4 คน เขาเกิดในครอบครัวคนชั้นกลางเชื้อสายจีน ชื่อของเขามีที่มาจากวันเกิดของเขาซึ่งตรงกับวันปิยมหาราช แต่พ่อแม่ให้ความสำคัญกับเรื่องการศึกษาของลูกๆ เป็นอย่างมาก ซึ่งต้องแลกกับการใช้ชีวิตอย่างเหน็ดเหนื่อย ทำงานหนักและอดออม แต่ถึงอย่างนั้นก็ยังลงท้ายด้วยภาระหนี้สินจากความต้องการสร้างอนาคตให้ลูก

ปิยะบุตร จบการศึกษาชั้นมัธยมศึกษาจากโรงเรียนอัสสัมชัญ แล้วเข้าศึกษาต่อระดับปริญญาตรี คณะนิติศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ จนจบได้รับเกียรตินิยมอันดับ 2 เขาได้รับทุนการศึกษาจากรัฐบาลฝรั่งเศสให้ไปศึกษาต่อระดับปริญญาโทและเอก ปิยบุตรจบปริญญาโท DEA (Master 2) สาขากฎหมายมหาชนและกฎหมายสิ่งแวดล้อม คณะนิติศาสตร์ มหาวิทยาลัย Nantes ประเทศฝรั่งเศส วิทยานิพนธ์เรื่อง “ข้อความคิดเรื่องผู้มีส่วนได้เสียในคดีปกครองสิ่งแวดล้อม” (2546 - 2547) และ ปริญญาเอก เกียรตินิยมดีมาก โดยมติเอกฉันท์ (Mention Très Honorable avec Félicitations) มหาวิทยาลัยตูลูส (Toulouse) ประเทศฝรั่งเศส (2553) วิทยานิพนธ์เรื่อง “ศาลปกครอง: การกำเนิดของสถาบัน”[1]

ปิยบุตรให้ความสนใจประเด็นต่าง ๆ ทางสังคมมาโดยตลอด แม้ในระหว่างที่เขาได้รับทุนจากรัฐบาลฝรั่งเศสให้ไปเรียนปริญญาโทและเอกอยู่ที่นั่น ก็ไม่ได้ศึกษาเฉพาะวิชากฎหมายที่ตัวเองเรียนอยู่เท่านั้น แต่ยังใช้เวลาค้นคว้าประวัติศาสตร์การเมือง ปรัชญา วัฒนธรรม รวมทั้งขบวนการทางสังคมที่เคลื่อนไหวผลักดันประเด็นต่าง ๆ ทั้งในฝรั่งเศสและประเทศยุโรปอื่น ๆ ในขณะที่ยังคงติดตามการเมืองไทยและแสดงความคิดเห็นอยู่โดยตลอด

เมื่อวันที่ 15 มีนาคม พ.ศ. 2561 ปิยบุตร ได้ลาออกจากมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ด้วยตำแหน่งสุดท้ายคือ รองศาสตราจารย์ประจำภาควิชากฎหมายมหาชน หลังรับราชการมาแล้วมากกว่า 16 ปี[2] เพื่อจับมือกับ ธนาธร จึงรุ่งเรืองกิจ และผู้ที่มีความเห็นทางการเมืองคล้ายกันอีกจำนวนหนึ่ง ยื่นจดจัดตั้งพรรคการเมืองในชื่อ พรรคอนาคตใหม่ ด้วยความตั้งมั่นจะสร้างการเมืองใหม่แห่งความหวัง การกลับคืนสู่หนทางที่การปกครองจะยึดโยงอยู่กับประชาชน และสร้างสรรค์ประเทศไทยที่อนาคตอยู่ในมือประชาชนอย่างแท้จริง[3]

ในปลายปี พ.ศ. 2562 ปิยบุตรได้รับการโหวตจากสื่อมวลชนประจํารัฐสภาให้ได้รับฉายาว่า "ดาวเด่น" จากการเปิดประเด็นเรื่องการถวายสัตย์ปฏิญาณต่อพระมหากษัตริย์ไม่ครบถ้อยคำตามที่รัฐธรรมนูญกำหนด[4]