1963年5月29日神奈川県生まれ。
パチンコ店店員やトラックドライバーなどの仕事をして資金を稼ぎ、1983年にFJ1600筑波シリーズでデビューを果たす。同年シリーズチャンピオンになり1985年は全日本F3選手権にて6位の成績を残す。その年フランスに渡り、フォーミュラルノーの国内選手権やフランスF3に参戦し、注目を集める。1988年から日本F3000に参戦し、当初は苦戦するものの1991年にチャンピオンに輝き、中嶋悟の次の日本人F1ドライバーとして期待される。1992年実力が認められ、ラルースからF1デビュー。翌年はヤマハのエンジンを積んだティレルに移籍するが、マシンバランスを欠いた車体で結果を残せずに終わる。1994年はニューマシン「ティレル202」を駆り、随所で速さを見せ、開幕戦で初ポイントを獲得。その後もサンマリノGPで5位、イギリスGPで6位と入賞し、通算5ポイントを獲得した。1995年、1996年はチームがミカ・サロよりに動いてしまった事や片山自身のトレーニングの失敗などもあり結果を出せずに終わる。1997年ミナルディに移籍するものの、競争力の無い車体で、闘志をそがれそのシーズンを持って引退した。F1引退後は日本でのレースに参加したり、タレント活動などを行っている。