Obwohl die meisten Kiefernprozessionsspinner nur ein Jahr leben, können einige in hohen Lagen oder nördlicheren Gebieten über zwei Jahre überleben. Die erwachsenen Falter legen ihre Eier in der Nähe der Kronen von Kiefern ab. Nach dem Schlüpfen fressen die Larven Kiefernnadeln und durchlaufen dabei fünf Entwicklungsstadien. Um günstige Lebensbedingungen zu schaffen, werden über den Winter seidenartige Nester gebaut. Etwa Anfang April verlassen die Raupen die Nester in der für die Art bekannten Prozession. Sie graben sich unterirdisch ein und schlüpfen am Ende des Sommers. In Jahren mit einem warmen Frühjahr werden besonders viele erwachsene Tiere produziert.
Die Eier werden in zylindrischen Körpern von 4 bis 5 cm Länge abgelegt. Die Eier sind mit Schuppen bedeckt, die vom Weibchen stammen und Kieferntriebe nachahmen.
Die Larve ist ein bedeutender Waldschädling, der in großen „Zelten“ gemeinschaftlich lebt, meist in Kiefern, gelegentlich aber auch in Zedern oder Lärchen, und nachts in einer Reihe ausschwärmt (daher der Name), um die Nadeln zu fressen. Oft befinden sich mehrere solcher Zelte in einem einzigen Baum. Wenn sie bereit sind, sich zu verpuppen, marschieren die Larven auf ihre übliche Weise zum Boden, wo sie sich zerstreuen, um sich einzeln auf oder knapp unter der Oberfläche zu verpuppen.
Fabre führte eine berühmte Studie an der Kiefernprozessionsspinnerraupe durch, bei der eine Gruppe von ihnen Kopf an Kopf in einem Kreis um den Rand eines Blumentopfes herumlief; sie marschierten eine Woche lang in diesem Kreis weiter. Er beschrieb das Experiment in seinem 1916 erschienenen Buch „The Life of the Caterpillar“. Die Studie wurde unzählige Male von inspirierenden und religiösen Rednern zitiert, die sie als Metapher für das blinde Folgen eines Führers oder für die Verwechslung von Aktivität mit Leistung ansehen. Fabre betrachtete seine Raupen als hirnlose Automaten, die gefangen waren, weil sie darauf programmiert waren, blindlings einer Spur zu folgen, in diesem Fall der endlosen Spur, die sie um den kreisförmigen Rand des Topfes gelegt hatten. Neuere Studien deuten jedoch darauf hin, dass die Raupen tatsächlich auf dem schmalen Rand des Topfes gefangen waren, da ihre Füße keinen sicheren Halt fanden, der notwendig gewesen wäre, um die steilen, vertikalen Wände hinunterzusteigen. In einem Experiment wurden Gruppen von Prozessionsspinnerraupen des gleichen Alters wie die von Fabre beobachteten auf eine flache Tischplatte gesetzt und mit einem kreisförmigen Glasring von 8 Zoll Durchmesser und 1 Zoll Höhe umgeben. Die Raupen bewegten sich bald an den Rand der Arena, wo sie begannen, eine nach der anderen zu kreisen. Sie durften sich auf diese Weise fortbewegen, bis sie eine gut ausgebaute Spur am Rand des Rings hinter sich hatten. Dann wurde der Ring entfernt, so dass die Raupen nicht mehr durch ihre Spur in ihrer Aktivität eingeschränkt waren. Die kreisförmigen Prozessionen dauerten im Durchschnitt nur zwei Minuten, bevor die Raupen in einer geraden Linie weiterzogen. Wenn jedoch jüngere Raupen in ähnlicher Weise kreisende Fährten legten, setzten sie ihre Kreise bis zu 12 Stunden lang fort, nachdem der physische Zwang beseitigt worden war – eine beträchtliche Zeitspanne, die jedoch weit unter den von Fabre beobachteten sieben Tagen liegt.
Das Puppenstadium der Motte findet in einem weißen seidenen Kokon unter der Erde statt. Die Puppen sind etwa 20 mm groß und haben eine blass bräunlich-gelbe Farbe, die in ein dunkles Rotbraun übergeht.
Als erwachsener Falter hat T. pityocampa überwiegend hellbraune Vorderflügel mit brauner Zeichnung. Die Hinterflügel des Falters sind weiß. Die Weibchen haben eine größere Flügelspannweite von 36 bis 49 mm im Vergleich zu den Männchen mit 31 bis 39 mm. Die erwachsenen Tiere leben nur einen Tag, wenn sie sich paaren und Eier legen. Wie weit sie sich ausbreiten können, hängt davon ab, wie weit das Weibchen in seiner kurzen Zeit als Erwachsener fliegen kann. Ihre durchschnittliche Flugdistanz beträgt 1,7 km, mit einem Maximum von 10,5 km. Die Art fliegt von Mai bis Juli.