Otto Piene wird 1928 im Laasphe geboren. Mit 20 beginnt Piene mit seinem Studium an der Blocherer Schule und an der Kunstakademie in München. Zwei Jahre später wechselt er an die Düsseldorfer Kunstakademie, wo er bis 1953 eingeschrieben ist. Danach folgt ein vierjähriges Philosophiestudium an der Universität Köln. Ab Mitte der fünfziger Jahre beginnt Piene, sich künstlerisch mit dem Element Licht auseinanderzusetzen. Die Arbeiten präsentiert er ab 1955 in Gruppenausstellungen, 1959 in einer Einzelausstellung, die die Galerie Schmela in Düsseldorf ausrichtet.

1957 gründet Otto Piene zusammen mit Heinz Mack die Gruppe "ZERO", der sich wenig später auch Günther Uecker anschließt. Zusammen geben sie bis 1961 auch das gleichnamige Magazin heraus. In der Zeit von 1961 bis 1966 veranstaltet die Gruppe zahlreiche ZERO-Ausstellungen. So ist sie 1964 auf der documenta 3 mit einem "ZERO-Lichtraum" als Gemeinschaftsarbeit der drei Künstler vertreten. In diesem Jahr übernimmt Otto Piene eine Lehrtätigkeit an der University of Pennsylvania, die er vier Jahre lang ausübt. Im Anschluss geht er an das Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) in Cambridge/USA, wo er seit 1972 eine Professur für Umweltkunst innehat und von 1974 bis 1993 Direktor des Center for Advanced Visual Studies (CAVS) ist.

Bereits 1967 findet eine erste Retrospektive von Otto Pienes Werken im Museum am Ostwall in Dortmund statt, zehn Jahre später bietet ihm die documenta wieder eine Plattform zur Präsentation seiner Objekte. 1990 wird der Künstler Mitglied im Beirat des Zentrums für Kunst und Medien in Karlsruhe. Seit 1994 ist er Direktor emeritus am CAVS. Otto Piene lebt und arbeitet in Düsseldorf, Cambridge und Groton, Massachusetts.