Né à Dijon, Dominique Pitoiset s'y forme aux Beaux-Arts avant de rejoindre l'école du TNS. Assistant de Jean-Pierre Vincent, puis de Manfred Karge et de Matthias Langhoff, il passe très vite à la mise en scène et prend en 1996 la direction du Théâtre National Dijon-Bourgogne. Nommé directeur du Théâtre National de Chaillot en 2000, il voit sa nomination invalidée par suite d'un changement ministériel. Il entame alors une trilogie Shakespeare qu'il achève en Italie. De retour en France, il prend en 2004 la tête du Théâtre national de Bordeaux en Aquitaine (TnBA), qu'il dirige jusqu'en décembre 2013.
Il y reprend ou y crée plusieurs spectacles (dont Le Tartuffe, de Molière), puis réinvente La Tempête, de Shakespeare, avec une distribution polyglotte emmenée par Roland Bertin. En 2007, Pitoiset inaugure l'école supérieure de théâtre de Bordeaux en Aquitaine, associée au TnBA. étroitement impliqué dans le travail pédagogique, il met en scène avec Nadia Fabrizio le spectacle de sortie de la première promotion : Merlin ou la terre dévastée, de Tankred Dorst. Au TnBA, Pitoiset a entre autres entamé un «cycle nord-américain» dont les deux premiers volets, Qui a peur de Virginia Woolf ? d'Edward Albee et Mort d'un commis voyageur, d'Arthur Miller, sont joués dans des traductions nouvelles en 2009 et 2010 ; dans les deux pièces, Pitoiset et Fabrizio interprètent eux-mêmes le couple de protagonistes. En novembre 2011, il présente en outre Le Maître des Marionnettes, hommage à la tradition des marionnettes sur l'eau.
À l'opéra, Pitoiset, qui a travaillé à l'Opéra de Paris dès 1999 (Don Giovanni de Mozart), ainsi qu'à l'Opéra Bastille (Falstaff de Verdi, reprise en mars 2013), a mis en scène des œuvres de Haydn, Purcell, Britten (Le Tour d'écrou, Opéra National de Bordeaux, 2009-2012), Gluck, Puccini, ou Richard Strauss (Salomé, Opéra National de Bordeaux, 2013).
