Albert Dubois-Pillet est né à Paris. Son père, Jules Sylvain Dubois, était un riche marchand, et sa mère, Sophie Hortense Pillet, était la sœur d'un commissaire-priseur nommé Charles Pillet. Il a fait ses études à Toulouse, puis à l'École spéciale militaire de Saint-Cyr. Pendant la guerre franco-prussienne de 1870, il a servi au 1er régiment de voltigeurs de la Garde impériale. Après la défaite de Sedan, il a été emprisonné à Paderborn, en Allemagne.
Il est rentré à Toulouse en avril 1871 et en mai de la même année, il a combattu dans l'armée régulière pendant la Semaine sanglante, qui a mis fin à la Commune de Paris. Il a été promu lieutenant le 21 mai 1872 et a été affecté au 90e régiment d'infanterie de ligne. Le 8 mai 1876, il est devenu capitaine au 77e régiment d'infanterie. La même année, il a été muté à Poitiers. En 1878, il a demandé à rejoindre la Garde républicaine, ce qui lui a été accordé, et il est retourné à Paris le 11 novembre 1879.
En 1884, il a exposé un tableau intitulé "Enfant mort" au Salon des indépendants. Émile Zola s'est inspiré de cette œuvre pour un passage de son roman "L'Œuvre", paru en 1886. Albert Dubois-Pillet a été l'un des cofondateurs de la Société des indépendants. Il y a rencontré Paul Signac et Georges Seurat, avec qui il s'est lié d'amitié.
Il faisait partie du mouvement pointilliste et discutait de peinture et de couleur avec Signac et Seurat. Jules Christophe a écrit qu'Albert Dubois-Pillet n'a adopté la technique du pointillisme, qui consiste à diviser les tons et à mélanger les couleurs sur la rétine, qu'en 1887. Il était constamment en quête, cherchant et avançant vers la "muse Certitude", en étudiant la "Théorie des Couleurs" du professeur de physique new-yorkais Sir O. N. Rood. Ses recherches dans ce livre l'ont amené à affiner encore davantage sa technique de division des tons.
Le 21 novembre 1889, il a été muté au Puy-en-Velay en tant que chef d'escadron, prenant ainsi le commandement de la gendarmerie de la Haute-Loire.
Après avoir eu un atelier quai Saint-Michel à Paris, son dernier atelier se trouvait au Puy.
Albert Dubois-Pillet est mort de la variole le 18 août 1890, à l'hôpital du Puy.
