Pi-hsien Chen wurde 1950 in Taipeh geboren. Im Alter von neun Jahren verließ sie Taiwan und trat ein Jahr später in die Musikhochschule Köln ein. Sie wuchs im Haus ihres Lehrers Hans-Otto Schmidt-Neuhaus auf, der auch Lehrer von Karlheinz Stockhausen, Christoph Eschenbach und Péter Eötvös war. Später studierte sie bei Hans Leygraf sowie bei Wilhelm Kempff, Claudio Arrau, Geza Anda und Tatjana Nikolajewa.

1972 begann ihre Karriere als Pianistin mit dem Gewinn des Ersten Preises beim Internationalen ARD-Wettbewerb in München. Ihr besonderes Interesse an Schönberg und Bach ermöglichte es ihr auch, den Arnold-Schönberg-Wettbewerb in Rotterdam und den Bach-Wettbewerb in Washington, D.C. zu gewinnen.

Sie hat in den meisten großen Konzertsälen und mit vielen der bedeutendsten Orchester der Welt aufgetreten, insbesondere mit nahezu jedem Orchester innerhalb des deutschen Rundfunksystems. Zu den Orchestern, mit denen sie aufgetreten ist, gehören das Royal Philharmonic Orchestra, das London Symphony Orchestra, das BBC Orchestra, das Scottish Chamber Orchestra, das Concertgebouw Orchestra in Amsterdam, das Zürcher Kammerorchester und das Tonhalle-Orchester sowie das NHK Orchestra in Tokio. Sie war auch Partnerin im Asko Ensemble in Amsterdam, im Ensemble Modern in Frankfurt und im Ensemble Intercontemporain in Paris.

Sie hat bei Festivals in Luzern, Schwetzingen, Hongkong und Osaka aufgetreten sowie bei den Berliner Festspielen, dem Wien Modern Festival, dem Festival d’Autumne in Paris, dem Straßburger Festival, dem South Bank Festival in London, dem Huddersfield Festival, den BBC Proms, dem Ruhr Klavier Festival und dem Festival in Roque d’Antéron. Sie vertrat die deutsche Musik bei der EXPO 2000 in Hannover, wo sie mit Alfons Kontarsky auftrat. Sie war häufig Gast beim Donaueschinger Musikfest und war 2010 eine von sechs Klaviersolisten bei der Uraufführung von Georg Friedrich Haas’ limited approximations.

Ihr Engagement für neue Klaviermusik entwickelte sich aus ihrer Zusammenarbeit mit Komponisten wie John Cage, Elliott Carter, Pierre Boulez, Karlheinz Stockhausen, György Kurtág, John Patrick Thomas und Péter Eötvös, mit dem sie verheiratet war. Ein IRCAM-Dokumentarfilm von Walter Schels zeigt Boulez, wie er Pi-hsien Chen bei der Vorbereitung auf die Uraufführung seiner Douze Notations unterstützt. In „Black and White", einem Dokumentarfilm über Elliott Carter, ist Pi-hsien Chen die Pianistin in seinem Doppelkonzert für Cembalo und Klavier mit zwei Kammerorchestern.

Sie war Professorin mit Schwerpunkt zeitgenössische Klaviermusik an den Musikhochschulen in Köln und Freiburg. Sie hat bei den „Internationalen Ferienkursen" in Darmstadt, an der Sibelius-Akademie in Helsinki und beim Sommermusikfestival der Chinese Foundation for Performing Arts in Boston unterrichtet und aufgetreten. Der Dokumentarfilm „Himmel voller Geigen" (2014 auf dem deutsch-französischen Kulturkanal ARTE ausgestrahlt) untersucht Pi-hsien Chens Rolle als Pionierin im Musikleben Taiwans.