Bien que la plupart des papillons de nuit de la processionnaire du pin ne vivent qu’un an, certains en haute altitude ou dans les régions plus septentrionales peuvent survivre plus de deux ans. Les papillons de nuit adultes pondent leurs œufs près de la cime des pins. Après l’éclosion, les larves se nourrissent d’aiguilles de pin et passent par cinq stades de développement. Afin de maintenir des conditions de vie bénéfiques, des nids de soie sont construits pendant l’hiver. Vers le début du mois d’avril, les chenilles quittent les nids dans la procession pour laquelle l’espèce est connue. Elles s’enfouissent sous terre et émergent à la fin de l’été. Un nombre élevé d’adultes est produit les années où le printemps est chaud.
Les œufs sont pondus dans des corps cylindriques de 4 à 5 cm de long. Les œufs sont recouverts d’écailles qui proviennent de la femelle et imitent les pousses de pin.
La larve est un ravageur forestier majeur, vivant en communauté dans de grandes « tentes », généralement dans les pins mais parfois dans les cèdres ou les mélèzes, sortant la nuit en file indienne (d’où le nom commun) pour se nourrir des aiguilles. Il y a souvent plusieurs tentes de ce type dans un seul arbre. Lorsqu’elles sont prêtes à se nymphoser, les larves marchent de la manière habituelle vers le sol, où elles se dispersent pour se nymphoser individuellement sur ou juste sous la surface.
Fabre a mené une célèbre étude sur la chenille processionnaire du pin où un groupe d’entre elles suivait tête à queue en cercle autour du bord d’un pot de fleurs ; elles ont continué à marcher en cercle pendant une semaine. Il a décrit cette expérience dans son livre de 1916 intitulé « The Life of the Caterpillar ». L’étude a été citée d’innombrables fois par des conférenciers inspirés et religieux qui y voient une métaphore du fait de suivre aveuglément un leader ou de confondre activité et accomplissement. Fabre considérait ses chenilles comme des automates sans cervelle, piégés parce qu’ils étaient préprogrammés pour suivre aveuglément des pistes, en l’occurrence celle, sans fin, qu’ils avaient tracée autour du bord circulaire du pot. Des études plus récentes indiquent cependant que les chenilles étaient en fait physiquement piégées sur le bord étroit du pot, leurs pattes étant incapables d’obtenir l’appui nécessaire pour descendre les parois verticales et abruptes. Dans une expérience, des groupes de chenilles processionnaires du même âge que celles observées par Fabre ont été placés sur une table plate et entourés d’un anneau de verre circulaire de 8 pouces de diamètre et de 1 pouce de hauteur. Les chenilles se sont rapidement déplacées vers le bord de l’arène où elles ont commencé à tourner en rond, les unes derrière les autres. On les laissait processionner de cette manière jusqu’à ce qu’elles aient une piste bien établie le long du bord de l’anneau. L’anneau a ensuite été retiré, libérant les chenilles de toute contrainte autre que leur piste. Les processions circulaires ont duré en moyenne deux minutes avant que les chenilles ne repartent en ligne droite. Cependant, lorsque des pistes circulaires ont été établies de manière similaire par des chenilles plus jeunes, elles ont continué à tourner en rond jusqu’à 12 heures après la suppression de la contrainte physique, une durée considérable mais bien inférieure aux sept jours observés par Fabre.
Le stade nymphal du papillon de nuit se produit dans un cocon blanc et soyeux sous le sol. Les pupes mesurent environ 20 mm et sont d’une couleur jaune brunâtre pâle qui évolue vers un brun rougeâtre foncé.
A l’âge adulte, T. pityocampa a des ailes antérieures principalement brun clair avec des marques brunes. Les ailes postérieures du papillon sont blanches. Les femelles ont une plus grande envergure d’ailes de 36 à 49 mm (1,4 à 1,9 in), contre 31 à 39 mm (1,2 à 1,5 in) pour les mâles. Les adultes ne vivent qu’une seule journée, pendant laquelle ils s’accouplent et pondent des œufs. La distance à laquelle ils peuvent se propager dépend de la distance à laquelle la femelle est capable de voler pendant sa courte vie d’adulte. Sa distance de vol moyenne est de 1,7 km (1,1 mi), avec un maximum enregistré de 10,5 km (6,5 mi). L’espèce vole de mai à juillet.