Nato a Roma il 29 Giugno del 1927, compiuti gli studi classici si iscrive alla facoltà di Architettura.
Impegnato culturalmente e ideologicamente, si pone tra i più importanti artisti dal dopoguerra. Nel 1946 espone con il “Gruppo Arte Sociale”, (Perilli, Guerrini, Vespigiani, Buratti, Muccini e altri) e porta a maturazione l’intento di epurare la pittura italiana dal provincialismo, in polemica con il '900 e la "Scuola Romana", anch’essi divisi fra l’adesione al "realismo socialista" e l’interesse per la tradizione moderna internazionale. Dipinge le prime composizioni astratte. Nel 1947 insieme a Carla Accardi, Ugo Attardi, Pietro Consagra, Mino Guerrini, Achille Perilli, Antonio Sanfilippo e Giulio Turcato, redige il "Manifesto del formalismo – Forma 1", contro i limiti politici del "realismo socialista" e a difesa dell’arte astratta, per il rinnovamento dell’arte italiana. Con le linee programmatiche del Gruppo Forma 1, di cui è il fondatore, la presa di posizione nei confronti della polemica tra astratti e figurativi si orienta verso la difesa della libertà della creatività artistica da ogni costrizione di regime. L’esperienza artistica astratta va oltre il non essere “in linea” (come invece l’arte figurativa): diventa concreta. La sperimentazione è esperienza sulla forma. Nel 1948 organizza la 1a mostra Nazionale d’Arte Astratta alla Galleria di Roma e nel 1951 alla Galleria Nazionale d’arte Moderna. Tra il ‘50 e il ‘51, organizza con Guerrini e Perilli la galleria "Age d’or" a Roma e a Firenze, cooperativa fra artisti per la diffusione di arte e stampa internazionale d’avanguardia, e scrive la prefazione alla mostra di Kandinsky a Roma e a Milano. Inizia una serie di quadri bianchi e oltre la tecnica della pittura, ricerche tridimensionali con linee e punti in rilievo. Partecipa alla Triennale di Milano con una grande pittura murale collettiva, eseguita con Perilli e Guerrini. Nel ’52, sempre assieme a Perilli e ad altri organizza la "Fondazione Origine" e pubblica la rivista "Arti visive". Partecipa inoltre alla XXVI Biennale di Venezia. Dal 1953 risiede negli Stati Uniti dove inizia la sua ricerca sul colore e frequenta i nuovi Maestri Americani, da De Kooning a Rotho, Pollock e Barney Newman, partecipando al "Summer International Seminar" della Harvard University e tenendo una personale presso la Wittenborn One-Wall Gallery di New York. Nel 1955 pubblica a Roma “La Fantasia dell’Arte nella vita moderna”, primo libro sull’arte contemporanea internazionale apparso in Italia; mentre a Milano inaugura la Galleria Apollinaire con una mostra dei suoi rilievi bianchi già esposti a New York. La sua ricerca non è un’analisi della linea, della superficie, ma una continua e felice esperienza sul colore, sulla dinamica colore e luce, come nelle sue “Texture”. Nel ’56 organizza con Perilli una fabbrica sperimentale di ceramiche ed insegna al "Positano Workshop". E’ invitato alla XXVIII Biennale di Venezia. Nel 1957 collabora con un mosaico alla Triennale di Milano. Nel 1958 sviluppa un metodo di rappresentazione dello spazio mediante la vibrazione della luce, attraverso un reticolo trasparente di strutture cromatiche sovrapposte. Nel 1959 riceve il Premio Lissone. Approfondisce la ricerca sulle qualità del colore (massa e trasparenza). Mostra personale presso la Galerie Springer, Berlino; Galerie Seide, Hannover.

Dal 1960 organizza e dirige il dipartimento della Pittura, Scultura e Grafica della School of Fine Arts dell’University of Pennsylvania dove insegna come Full Professor fino al 1970. Nel 1960 espone con una mostra personale alla XXXa Biennale di Venezia. Nel 1961 è presente con una personale alla Biennale di San Paolo del Brasile. Dal 1962 al 1965 partecipa alla fondazione e alle mostre del Gruppo “Zero” di Dusseldorf. Nel 1970 gli viene assegnato il Premio Internazionale per la grafica “Città di Cracovia” ed è nominato Commissario alla Biennale di Venezia. Nel 1971 un viaggio nel Medio Oriente influenza il suo lavoro adottando una tecnica vicina al "cloisonné". Nel 1974 si stabilisce a Todi in Umbria, qui il Comune allestisce una sua grande mostra antologica nella “Sala delle Pietre”. Tra il 1975 e il 1976 dipinge dei quadri con le macchie trasparenti e con dei frammenti di linee colorate che danno dinamismo a grandi composizioni di ispirazione impressionista. Nel 1977 la Galleria l’André Emmerich di New York presenta una mostra personale. Nell’ottobre del 1980 tiene la sua prima personale alla Galleria Planetario, dove tornerà anche nel 1985. Nel 1981 da vita alla rivista “Retina” assieme a Santomaso ed altri, e tiene una personale alla Galleria Im Erker di San Gallo dove conoscerà Ionesco. Nel 1984 inizia una collaborazione con il Corriere della Sera con articoli di critica d’arte. Nel 1985 e ’86 debutta a Tokyo con due mostre personali alle gallerie Seibu e Face. Nel 1987 partecipa alla mostra del gruppo “Forma 1” nei musei di Bourg en Bresse. Nel 1988 è presente con una sala personale, che dedicherà al poeta G. Ungaretti alla Biennale di Venezia. Declina l’invito alla mostra sull’arte italiana del XX secolo alla Royal Academy di Londra per mancanza di pittori astratti e a causa dell’eccessiva importanza data all’arte povera e alla transavanguardia. L’anno successivo progetta ed inaugura un grande mosaico (5 x 80 m) per l’Italmosaic di Spilimbergo. Riceve il Premio Alcide de Gasperi per le arti e le scienze e nel 1991 alla Galleria Comunale d’Arte Moderna di Bologna e al Musée de Grenoble propone una Mostra antologica. Nel 1992 viene nominato membro della Akademie der Kunste di Berlino. Fra il 1993 e il 1996 dirige la realizzazione di 27 mosaici di artisti nazionali ed internazionali nella metropolitana di Roma, nell’ambito del programma artistico “Arte per Roma”. Nel 1994 il museo civico di Atene presenta una sua ampia Mostra antologica.
Nel 1997 gli viene assegnato dall’Accademia dei Virtuosi del Pantheon il Premio Michelangelo. Nel 1999 una grande mostra antologica degli anni 60/70 viene presentata da Nathalie Vernizzi al Padiglione Arte Contemporanea a Milano. Nel 2000 la Dresden Bank di Heidelberg inaugura la sua nuova sede con una mostra di Dorazio. Segue una raccolta di dipinti degli anni 54/60 alla Galleria Achim Moeller di New York presentata da Francio M. Naumann. La Carima e il Comune di Macerata gli assegnano il premio di pittura "Scipione". Nel 2001 il Museo di Bolzano allestisce una vasta mostra antologica curata da Nathalie Vernizzi seguendo dei paralleli con le composizioni dei Maestri del Jazz. Per il per il Palazzo della Cultura di Acilia (Roma) esegue una grande vetrata a colori (20 x 5 m). Nel 2002 presenta due mostre delle opere degli anni 55/66 a Roma e 50/55 a Milano. Un’altra retrospettiva intitolata “Piero Dorazio, 75, Celebrating six decades of art”, viene presentata a Rodi, in Grecia nel Museum of Modem Greek Art. Gli viene assegnata la cittadinanza d'onore di Rodi, isola dove Piero Dorazio vive in estate. In occasione del 75° compleanno di Dorazio viene inoltre pubblicata la monografia curata da Annette Papenberg-Weber “Piero Dorazio. Die künstlerische Formierung bis 1959“, presso l'editore Schwabe di Basilea. Esposizione personale alla Galleria Valentien, Stuttgart. Il 2003 è l’anno delle mostre antologiche presso l’Istitut Valencià d'Art Modem (IVAM) a Valencia, il Kunstmuseum Bayreuth in Germania e l'Istituto Italiano di Cultura "C.M. Lerici" di Stoccolma. Nel 2004, infine, esposizione retrospettiva alla Pinacoteca Casa Rusca di Locarno.