Борис Борисович Пиотровский родился 1 (14) февраля 1908 года в Санкт-Петербурге в семье потомственных дворян. После того как глава отец получил назначение инспектором классов Неплюевского кадетского корпуса, семья Пиотровских переехала в Оренбург, где и провела первые годы революции и гражданской войны. В Оренбурге Борис проходил обучение в гимназии. К этому же периоду его жизни относится и первое увлечение историей, которое было связано с местным музеем археологии и этнографии. Спустя много лет Пиотровский вспоминал:
К началу 1921 года семья Пиотровских вернулась в Петроград. В 1922 году на экскурсии в Эрмитаже юный Борис познакомился с сотрудницей Отделения древностей, египтологом Н. Д. Флиттнер, которая пригласила мальчика к себе на занятия по египетской иероглифике. Три года спустя Борис Пиотровский поступил на факультет языковедения и материальной культуры (потом — историко-лингвистический факультет) ЛГУ. За пять лет обучения он прослушал лекции и работал в семинарах крупнейших учёных того времени: академиков С. Ф. Платонова, Н. Я. Марра, С. А. Жебелёва и Е. В. Тарле. В числе его учителей были И. Г. Франк-Каменецкий, Б. М. Эйхенбаум, В. В. Струве, С. Я. Лурье, Б. В. Фармаковский, Н. Н. Томасов и А. А. Спицын. В университетские годы главный интерес Бориса Пиотровского стал фокусироваться на занятиях археологией, чему способствовало сильное влияние его главного учителя тех лет — заведующего археологическим отделением профессором А. А. Миллером (1875—1935). В 1929 году Пиотровский поступил на работу в Академию истории материальной культуры как младший научный сотрудник, причём в Сектор языка как фактора истории материальной культуры, руководителем которой был академик Н. Я. Марр. После окончания университета в 1930 году по совету Марра Пиотровский изменил направление своих исследований: вместо древнеегипетской он стал заниматься урартской письменностью. И уже в том же 1930 году состоялась первая экспедиция молодого учёного в Закавказье.
Спустя год при поддержке Марра Пиотровский без прохождения аспирантуры стал работать в Эрмитаже на должности младшего научного сотрудника. С 1930 года Пиотровский принимал участие в научных экспедициях в Армению, целью которых были поиск и изучение следов урартской цивилизации. В 1938 года без написания кандидатской работы (лишь по положительному отзыву Флиттнер, подтвердившему его соискательство) ему была присуждена степень кандидата исторических наук.
Начало Великой Отечественной войны застало Пиотровского в экспедиции. Вернувшись в Ленинград, он пережил блокадную зиму 1941—1942 гг., а затем с группой сотрудников Эрмитажа, возглавляемой И. А. Орбели, эвакуировался в Ереван. В годы войны Пиотровский не прекращал научную работу, результатом которой стала его первая книга «История и культура Урарту» (1943), которая принесла автору славу как одному из крупнейших специалистов по истории Закавказья.
30 января 1944 года в Академии наук Армянской ССР состоялась защита докторской диссертации Бориса Борисовича. В том же году Пиотровский женился — на Рипсимэ Джанполадян и в скором времени стал отцом. Тогда же молодой учёный получил свою первую правительственную награду — Медаль «За оборону Ленинграда». В следующем году череда признаний продолжилась — Пиотровского избрали членом-корреспондентом АН Армянской ССР, а в следующем году присудили Сталинскую премию второй степени в области науки и техники за книгу «История и культура Урарту».
Вернувшись в 1946 году в Ленинград Борис Борисович начал читать курс археологии для студентов Ленинградского государственного университета. Тщательно проработанные конспекты для лекций позволили Пиотровскому в скором времени на их основе выпустить книгу «Археология Закавказья» (1949).
С 1949 года Пиотровский стал заместителем директора Эрмитажа по научной части. В период гонений на академика Н. Я. Марра Пиотровский старался дистанцироваться от идеологических кампаний и посвящал большую часть времени раскопкам холма Кармир-Блур. Нейтральное положение в борьбе с «марризмом» позволило Борису Борисовичу сохранить пост заместителя директора, тогда как место директора после отстранения И. А. Орбели занял М. И. Артамонов. С 1 мая 1953 года Пиотровский перешёл на постоянную работу в Институт истории материальной культуры, возглавив его Ленинградское отделение. В 1964 году был назначен директором Эрмитажа на место отстранённого Артамонова, где проработал около 20 лет. В 1990 году он остро переживал судьбу Эрмитажа, намечавшегося двоевластия в его управлении. Нервное напряжение стало причиной инсульта, а несколько месяцев спустя, 15 октября 1990 года, Бориса Борисовича Пиотровского не стало.
В 1992 году в Санкт-Петербурге на доме 25 по наб. реки Мойки, в котором жил Пиотровский, была установлена мемориальная доска.