Clarkson nazwała utwór sequelem jej wcześniejszego singla – „Because of You”, który w przeciwieństwie do tego utworu ma szczęśliwe zakończenie.
Wydanie utworu i promocja 24 lutego 2015 roku utwór „Piece by Piece” został udostępniony do pobrania w serwisie iTunes. Clarkson zaprezentowała piosenkę 2 marca 2015 roku podczas programu The Tonight Show Starring Jimmy Fallon. Wówczas zaśpiewała utwór w krótkiej akustycznej aranżacji i opowiedziała o powstaniu piosenki. W celu promocji albumu piosenkarka śpiewała utwór podczas trasy koncertowej Piece by Piece Tour (2015). 9 listopada 2015 roku utwór został wydany jako trzeci singel z albumu Piece by Piece.
25 lutego 2016 roku Clarkson wystąpiła podczas piętnastej i ostatniej edycji programu American Idol, gdzie zaśpiewała singel „Piece by Piece”. Wykonała utwór przy akompaniamencie fortepianu. Po występie otrzymała owacje na stojąco, a piosenka w ciągu paru godzin stała się najchętniej pobieraną w serwisie iTunes. 29 lutego 2016 roku została wydana wersja utworu „Piece by Piece” zaprezentowana w programie. 3 marca Clarkson wystąpiła w programie The Ellen Degeneres Show, gdzie zaśpiewała singel.