Nascido em Piraeus, em 1887, Pikionis cursou engenharia civil na Universidade Técnica Nacional de Athenas, em 1906. Ele partiu para Munique e, em seguida, Paris, onde estudou desenho, escultura e pintura na "Académie de la Grande Chaumière".

Em 1912 ele voltou para a Grécia e inicia seus primeiros estudos de tradições arquitetônicas Neo-helênicos. Em 1925, foi nomeado Professor extraordinario na disciplina de Decoração na Universidade onde se formou. Em 1930 ele ganhou a posse da presidencia da universidade. Em 1958 ele se aposentou. Em 1966 ele foi eleito membro titular da Academia de Atenas (ordem de Letras e Artes) na Cadeira dos Architetos.

Sua obra mais conhecida inclui o Karamanou Residence em Atenas, de 1925; a Escola Primária em Pefkakia, 1931-1932; a Escola Experimental Thessaloniki (Peiramatiko scholeio), 1933-1937; a Delphi Xenia Hotel, 1951-1955; o Potamianou Residence em Philothei, 1953-1955; o paisagismo das Delegacias da Acrópole e Philopappou Hill, 1954-1957; e Parque Infantil de Philothei, 1961-1965. Além de sua obra arquitetônica, Dimitris Pikionis também é autor de livros importantes sobre o modernismo regionalista na Grécia.

Embora ele tenha realmente construído importantes edifícios, Pikionis é reverenciado pelo seu trabalho de paisagismo nas áreas de pedestres em torno da Acrópole de Atenas, um trabalho feito na década de 1950.

Utilizando mármore em estado  bruto em várias formas que parecem irregulares, porém, estritamente geométricos. Ele utilizou técnicas semelhantes na criação de parque infantil do município de Filothei, um subúrbio de Atenas.

Deu aulas na Universidade de Atenas, onde foi professor do arquiteto e teórico da arquitetura Alexander Tzonis, que desenvolveu os conceitos do modernismo regionalista de Pikionis e criou as teorias do Regionalismo Crítico.

Pikionis morreu em agosto de 1968.