Pjatakov was de zoon van een welgestelde Oekraïense ingenieur die zijn fortuin had gemaakt in de suikerindustrie. Tijdens zijn studietijd in Kiev kwam hij in aanraking met het anarchisme en werd lid van een terroristische groepering die een aanslag op de gouverneur van Kiev voorbereidde. In 1910 stapte hij over naar de bolsjewistische tak van de Russische Sociaaldemocratische Arbeiderspartij. Kort daarna werd hij echter alsnog verbannen naar Irkoetsk nadat zijn eerdere terroristische activiteit door de geheime politie was ontdekt. Van daaruit vluchtte hij echter al snel via Japan naar Zwitserland, waar hij zich aansloot bij Lenin en meewerkte aan de bolsjewistische pers. In 1916 werd hij uitgewezen naar Oslo, van waaruit hij na de Februarirevolutie (1917) terugkeerde naar Kiev. In Kiev werd hij voorzitter van het bolsjewistische stadscomité en tijdens de Oktoberrevolutie leidde hij daar het militair-revolutionaire comité, waarmee hij de belangrijkste bolsjewistische machthebber in de Oekraïne werd.