Был уроженцем города Суздаля, постриженником Спасо-Евфимиева монастыря. С 1650 года — архимандрит Суздальского Спасо-Евфимиева монастыря. В 1654 году переведен в Московский Новоспасский монастырь.
2 декабря 1655 Патриархом Никоном был поставлен митрополитом Сарским и Подонским. Сарский и Подонский митрополит имел епархию лишь на бумаге и фактически исполнял роль управляющего делами при патриархе.
Когда Никон оставил патриарший престол, как митрополит Сарский, стал исполнять его обязанности, но без титула Патриаршего Местоблюстителя; действовал без сношений с Никоном, но по «по государеву цареву указу».
В 1662, в Неделю православия, был торжественно анафематствован Никоном. Примечательно, что одна из «вин», вменявшихся ему Никоном, было самовольное поставление в мае 1661 года епископа Мстиславского Мефодия (бывший Нежинский протопоп Максим Филимонович) Блюстителем Киевской митрополии, которая тогда была в юрисдикции Константинопольского Патриархата, — вместо Лазаря Барановича
5 августа 1664 года митрополит Питирим был соборно избран «на высочайшую степень великого Нова Града и Великих Лук митрополита».
Во время суда над Никоном Питирим являлся одним из злейших врагов и грубейших обвинителей патриарха, надеясь, очевидно, занять после свержения Никона патриарший престол. Это ему не удалось; патриархом был избран Иоасаф.
Только 7 июля 1672 был возведён на патриарший престол, будучи уже весьма болен; к делам управления был призван митрополит Иоаким. В том же году крестил в Московском Чудовом монастыре будущего императора Российского Петра I.
Заступился (печалование) перед царем за боярыню Федосью Морозову и сестру её княгиню Евдокию Урусову, пребывавших в заточении за «сумасбродную лютость» в защите «старой веры», предлагая царю вернуть ей дом и имение; царь счёл предложение неуместным.
После десятимесячного ничем особым непримечательного патриаршества, 19 апреля 1673 года Питирим скончался. Погребён в Успенском соборе Кремля.