Bis zu seinem zwölften Lebensjahr spielte Martin Pieckenhagen auf dem Feld, bis ihn ein Zehbruch ins Tor verholf. Der gebürtige Berliner kam 1996 vom MSV Duisburg zu Hansa und entwickelte sich schnell zum Stammtorhüter. 2001 wechselte der Publikumsliebling zum Hamburger SV und zur Saison 2005/06 zum niederländischen Ehrendivisionsär SC Heracles Almelo. Als erster Torwart überhaupt erzielte Piecke im Spiel gegen Alkmaar ein Treffer aus dem Spiel heraus. Ab dem 10. August 2010 stand er beim 1. FSV Mainz 05 unter Vertrag, machte dort ein Bundesliga-Spiel und beendete zum Ende der Saison seine aktive Laufbahn. Pieckenhagen absolvierte insgesamt 215 Spiele in der Bundesliga, 19 Spiele in der 2. Bundesliga und zwei Europapokalspiele.
Von Januar 2014 bis Oktober 2016 wechselte er die Positionen und schaffte als Trainer mit dem FC Mecklenburg Schwerin den Aufstieg in die Oberliga. Im Frühjahr 2017 arbeitete Pieckenhagen kurzzeitig als Torwarttrainer bei den Würzburger Kickers.
Seit Januar 2019 bekleidet Pieckenhagen das Amt des Sportvorstands beim FC Hansa Rostock als Nachfolger des freigestellten Markus Thiele. Mitte April 2021, noch vor dem Aufstieg in die 2. Bundesliga, verlängerte der Aufsichtsrat des Drittligisten den Vertrag mit Pieckenhagen bis Ende 2023. Am Ostermontag 2023 wurde Piecke mit sofortiger Wirkung bei Hansa Rostock freigestellt. Das entschied der Aufsichtsrat einstimmig.