Отец — земельный инженер, мать — учительница.
Стихи Пиньеры были напечатаны в антологии «Кубинская поэзия, год 1936», составленной Хуаном Рамоном Хименесом. Закончил факультет философии и литературы Гаванского университета (1940). Был хорошо знаком с Хосе Лесама Лимой, входил в круг журнала «Or?genes», но не принимал установок поэтов-трансценденталистов на духовный герметизм. С 1946 по 1958 работал в кубинском консульстве в Буэнос-Айресе, сблизился там с Витольдом Гомбровичем, перевел его роман «Фердидурке» (точнее создал его испаноязычный вариант при поддержке автора и группы энтузиастов – перевод издан в Буэнос-Айресе, 1947). В 1946 новеллу Пиньеры «Бессонной ночью» Борхес опубликовал в журнале «Буэнос-Айресские тетради». В 1955 Вирхилио Пиньера вместе с Хосе Родригесом Фео основал в Гаване журнал «Циклон», в литературном плане противостоявший Лесаме Лиме и его единомышленникам. Публиковался также в аргентинских журналах «Sur» и «Hogar», близких Борхесу, во французских изданиях «Lettres Nouvelles» и «Temps Modernes». После победы революционных сил сотрудничал с газетой «Революция» и литературным приложением к ней «Революция по понедельникам», которым руководил Г. Кабрера Инфанте. В 1962 пьеса и новелла В.П. были опубликованы в США в журнале «Одиссей». В 1968 получил премию издательства «Каса де лас Америкас» за пьесу «Два старых паникера». В 1969 в Нью-Йорке поставлена драма «Ложная тревога». После 1969 Пиньера преследовался политическими и литературными властями за гомосексуализм (которого никогда не скрывал), а фактически — за независимую позицию во всем, находился под домашним арестом и постоянным наблюдением, его произведения не появлялись в печати и не ставились на сцене, им был перекрыт выход за рубеж. Тем не менее его книга «Хладнокровные рассказы» была опубликована во Франции (1970), пьесы ставились в Испании и Аргентине, транслировались там по телевидению, проза и драматургия публиковалась в Аргентине и США. На Кубе произведения Пиньеры стали вновь появляться лишь после 1987.
Сам Пиньера называл себя «таким реалистом, который не может выразить реальность, не исказив ее, то есть, не сделав ее более реальной и живой». Его проза, близкая к сюрреалистическому чёрному юмору, и драматургия, предвосхитившая театр абсурда Адамова, Ионеско и Беккета, «панический театр» Ф. Аррабаля, оказали большое влияние на молодых писателей Кубы и кубинской диаспоры, других стран Латинской Америки, для которых он стал и остается значимым образцом (Г.Кабрера Инфанте, Р.Аренас, А.Арруфат, А.Эстевес, С.Сардуй, Рикардо Пилья, Сальвадор Элисондо и др.)
Переводил М.Пруста, А.Жида, Ж.Жионо и др.