ปิยะบุตร ชลวิจารณ์ หรือ ดร.ปิยะบุตร ชลวิจารณ์ เกิดเมื่อวันที่ 15 พฤศจิกายน พ.ศ. 2492 ที่จังหวัดลำปาง เป็นบุตรของ ดร.บรรเจิด กับคุณหญิงสวลี ชลวิจารณ์ สมรสกับนางสุจินตนา (เดชอุดม) ชลวิจารณ์ มีบุตร 3 คน คือ นายสัคคยศ ชลวิจารณ์ นายพจน์ปรีชา ชลวิจารณ์ และศศิตา ชลวิจารณ์

ด้านการศึกษา ดร.ปิยะบุตร ชลวิจารณ์ จบการศึกษาชั้นประถมศึกษาจากโรงเรียนอัสสัมชัญ กรุงเทพ ชั้นมัธยมศึกษาจากโรงเรียนเซนต์จอห์นวิทยาลัย ประเทศอังกฤษ จากนั้นได้สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี ด้านเศรษฐศาสตร์ จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน แมดิสัน ประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี พ.ศ. 2515 และระดับปริญญาโท สาขาการเงินและการคลัง จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย สหรัฐอเมริกา ในปี พ.ศ. 2517

ดร.ปิยะบุตร ชลวิจารณ์ เข้ารับการอบรมหลักสูตรป้องกันราชอาณาจักร ภาครัฐร่วมเอกชน (ปรอ.รุ่น 2) จากวิทยาลัยป้องกันราชอาณาจักร (วปอ.)