Hilkka Pietilä syntyi maalaistaloon maaliskuun 13. päivä 1931 silloisessa Kiikan kunnassa. Maanviljelijäperheen tausta vaikutti Pietilän urapolkuun: kun Pietilä valmistui oppikoulusta, johon oli omaehtoisesti hakeutunut, hän jatkoi Helsingin yliopistoon maa- ja metsätaloustieteelliseen tiedekuntaan aineyhdistelmänään ravintokemia, mikrobiologia ja kodintaloustiede. Pietilä valmistui kuuden vuoden opiskelun jälkeen vuonna 1956.
Valmistumisensa jälkeen Pietilä hyppäsi suoraan työelämään. Pietilän kiinnostuksen kohteisiin kuuluivat globaali ruokahuolto sekä erilaiset tasa-arvo-kysymykset, kuten naisten heikon aseman vaikutus maailmanlaajuiseen ruokahuoltoon. Kun Pietilä aloitti Suomen YK-liiton pääsihteerinä vuonna 1963, hän oli antanut itselleen kolmen vuoden kokeilujakson. Jos hän ei siinä ajassa saisi liittoa aktiiviseksi osaksi kansainvälistä työtä tasa-arvon ja ihmisarvoisen elämän takaamisessa, jättäytyisi hän pois ja antaisi työnsä jollekin pätevämmälle. Kaksikymmentäseitsemän vuotta kestänyt ura pääsihteerinä oli vaiherikas ja vei Pietilän lukuisiin kansainvälisiin maailmankonferensseihin, kuten kaikkiin naisten asemaa käsitteleviin huippukokouksiin Meksikosta Keniaan.
Pitkän YK-uransa jälkeen Pietilä jättäytyi pois aktiivisesta työelämästä ja rupesi elämään omin sanoin ”kokopäiväisenä vaarallisena naisena”. Käytännössä tämä tarkoitti Pietilälle yhä aktiivisempaa kannanottamista yhteiskunnallisiin asioihin. Hän oli harjoittanut kansalaisaktivismia jo 60-luvulta lähtien, kun hän oli muun muassa rauhantyönään kehottanut suomalaisia nuoria aseistakieltäytymiseen.
Pietilä oli rauhantyön, feminismin ja globaalin taloudellisen tasa-arvon puolestapuhuja sekä aktivisti. Pietilä julkaisi YK-vuosien aikana ja jälkeen useita kirjoja, artikkeleita ja mielipidekirjoituksia liittyen globaaliin talousjärjestelmään, sukupuolten tasa-arvoon sekä valtioiden omavaraisuuteen. Pietilä oli vankka rahatalouden skeptikko, eikä uskonut kapitalistisen järjestelmän olevan oikea valinta, kun puhuttiin ihmisoikeuksiin kuuluvien resurssien jakamisesta tasapuolisesti. Hän myös kiinnitti huomiota yritysten ja valtioiden rooliin maataloudessa, peräänkuuluttaen tutkimuspohjaista ymmärrystä siitä, miten perustavanlaatuisesti maanviljelys erosi esimerkiksi tehdastuotannosta.
Hilkka Pietilä jatkoi aktiivisesti 2010-luvulle asti kirjoittamista ja yhteiskunnallista kommentointiaan. Pietilä menehtyi pitkäaikaisen sairauden jälkeen vuonna 2016. Testamentissaan hän teki lahjoituksen Helsingin yliopistoon perustettavaan rahastoon, joka tukee eri tieteenalojen jatko-opiskelijoita ja tutkijoita, joiden tutkimusalana on naistutkimus, feminismi tai naissukupuolen merkitys.