Piet van der Hem groeide als wees op bij zijn oom en tante in Leeuwarden. In 1902 ging hij studeren aan de Rijksschool voor Kunstnijverheid in Amsterdam. Later vervolgde hij zijn opleiding aan de Rijksacademie voor Beeldende Kunsten.

Met een koninklijke subsidie op zak vertrok hij in september 1907 naar Parijs, om er tot de zomer van 1908 in een atelier op Montmartre te werken. Het Parijse nachtleven lokte Van der Hem en hij was dan ook vaker te vinden in de nachtclubs en de cafés chantants dan in de musea. Het Parijse nachtleven inspireerde hem tot tekeningen en schetsen die in stijl en onderwerp gelijkenis vertonen met de Franse fin-de-siècle kunst, met name van Toulouse-Lautrec.

Terug in Amsterdam werkte Van der Hem zijn schetsen uit tot schilderijen en hij schetste en schilderde veel in de volksbuurten. Hij ontmoette op de `Jan-Steenzolder` in de 2e Jan Steenstraat kunstenaars als Jan Sluyters, Leo Gestel, Piet Mondriaan en Piet van Wijngaerdt. Zo kwam hij in aanraking met de avant-garde van die jaren. Anders dan zijn Amsterdamse tijdgenoten die zich sterk richtten op het schilderen van licht en kleur, lijkt het luminisme en de latere modernistische tendenzen Van der Hem slechts oppervlakkig te hebben geraakt. Nadat hij in 1908 in hun gezelschap debuteerde op de 19e tentoonstelling van Sint Lucas in het Stedelijk Museum in Amsterdam, was zijn naam als modernistisch kunstenaar gevestigd.

Van der Hem reisde veel, vooral in de jaren 1910 - 1914, naar Rome, Parijs, Moskou, Sint Petersburg en Madrid. Ook de Nederlandse schildersdorpen Katwijk en Volendam boeiden hem. Op al zijn reizen schetst en tekent hij steeds weer het mondaine uitgaansleven. Terug in Amsterdam werden die impressies uitgewerkt tot van kleur spetterende schilderijen. Van zijn reizen uit de tijd na 1918 komt hij terug met schilderijen waarin de jonge Van der Hem herkenbaar is: kleurrijk en verhalend

In 1918 vestigde hij zich definitief in Scheveningen, waar hij zich vooral toelegde op het portretschilderen. Daarmee had hij veel succes bij de Haagse beau-monde. Zo schilderde hij leden van het Koninklijk Huis, van de regering en het Haagse bedrijfsleven, de politiek en de schone kunsten.

Dankzij zijn scherpe tekenpen maakte Van der Hem naam als illustrator voor kranten, tijdschriften en boeken en als ontwerper van affiches. Van 1914 tot 1941 verschenen in De Nieuwe Amsterdammer, de Haagse Post en de Haagse Courant zijn rake politieke prenten. Na het instellen van de Duitse censuur in 1941 stopte hij hiermee. Ook na de oorlog pakte hij het niet meer op.