Han ble født inn i en industri- og handelsfamilie med sterke bånd til Trondhjems embedsmannsstand. Foreldrene var Caspar Christian Piene, som kom fra Wuppertal i Tyskland, og hans hustru Lucie Benedicte, født Bugge. Biskop Peder Olivarius Bugge og rektor Frederik Moltke Bugge var hans morfar og morbror.