С 1874 семья жила в Вильне. С 1877 учился в виленской гимназии, располагавшейся в здании закрытого Виленского университета. Вместе с братом Юзефом Пилсудским в 1882 основал патриотический кружок самообразования Spójnia, занимавшийся доставкой из Варшавы польских книг, в том числе социалистических и естественнонаучных изданий.
Родился в Зулове (лит. Zalavas) (в нескольких километрах от места рождения Дзержинского) под Вильной в патриотической семье. Отец во время восстания 1863 года был комиссаром Национального правительства («Жонд народовы») в ковенском уезде, мать Мария Билевич из известного литовского рода. С 1874 семья жила в Вильне. С 1877 учился в виленской гимназии, располагавшейся в здании закрытого Виленского университета. Вместе с братом Юзефом Пилсудским в 1882 основал патриотический кружок самообразования Spójnia, занимавшийся доставкой из Варшавы польских книг, в том числе социалистических и естественнонаучных изданий.
В 1886 выехал в Санкт-Петербург и поступил на юридический факультет университета. Участвовал в подготовке Народной волей покушения на императора Александра III в 1887 (см. Террористическая фракция партии Народная воля). Был, как и Александр Ульянов и ряд других) осуждён на смертную казнь, но помилован и приговорён на 15 лет каторжных работ на Сахалине.
На Сахалине в 1891 познакомился с известным этнографом Л. Я. Штернбергом, пребывавшем в ссылке. Вместе с ним изучал сахалинских нивхов, записывал нивхский фольклор, собирал этнографическую коллекцию.
После 10 лет каторги был переведён в разряд ссыльно-поселенцев (1897). C 1898 работал в Владивостоке в музее Общества изучения Амурского края. В 1902—1905 по поручению Академии наук на Сахалине занимался изучением айнов, гиляков, ороков — среди прочего производил уникальные записи на восковых валиках песен и речи айнов, составил словари (свыше 10 тысяч слов айнского языка, 6 тысяч языка гиляков), запечатлел на фотографиях типы аборигенов.
Через Японию и США вернулся в Польшу в 1905; обосновался в Кракове. После начала Первой мировой войны выехал в Швейцарию. В конце 1917 переехал в Париж, где в 1918 утопился в Сене. Современники полагали, что он покончил с собой.