Piene studeerde aanvankelijk filosofie in München en in Düsseldorf, waar hij later ook op de Kunstacademie zou doceren. Hij maakte o.a. Raster-bilde in een soort van stenciltechniek, en rook- en vuurbeelden waarin hij rook en roet liet neerslaan op bladen papier of op het linnen liet inschroeien. Hij werkte na 1960 ook met laserlicht, heteluchtballonnen en met luchtballetten.
In 1962 richtte hij samen met Heinz Mack en Günther Uecker een 'lichtsalon' in op de tentoonstelling 'Nul' in het Stedelijk Museum te Amsterdam. Ook De Nederlandse Nul deed daaraan mee: Henk Peeters, Armando, Jan Henderikse en Jan Schoonhoven. Piene zocht steeds sterker en grootschaliger de kunst in de ruimte te realiseren - in mega-kunstprojecten - en is als zodanig als een voorloper van de 'happening' te beschouwen.
1967: Beeld voor het Duitse paviljoen bij de Biënnale in Venetië
1969/71: Lichtobject voor de „Chambre des Représentants“, Hawaii, Honolulu
1971: Beeld voor het Duitse paviljoen bij de Biënnale in Venetië
1972: More Sky, Lichtinstallationen und Feuerbilder für die Schlussfeier der Olympische Spelen
2006: Geleucht, Lichtinstallation, Turm in Form einer Grubenlampe (Höhe 30 Meter) und 35 Leuchtmasten zur Ausleuchtung einer 8000 m² großen Fläche einer Halde mit rotem Licht, Moers, Halde Rheinpreußen