Van Puyvelde is geboren in een gezin uit de katholieke middenstand: hij was een aangetrouwde neef van minister van staat Hendrik Heyman en de schoonbroer van textienijveraar Edmond Meert. Hij studeerde af aan de klassieke humaniora van het SJKS in Sint-Niklaas,[2] waarna hij filologie studeerde en een kenner werd van de Vlaamse dichter Albrecht Rodenbach.
Hij behaalde zijn doctoraat aan de Katholieke Universiteit Leuven en werd al in 1911 lid van de Koninklijke Vlaamse Academie voor Taal- en Letterkunde. Vanaf 1912 was hij docent en hoogleraar kunstgeschiedenis aan de Rijksuniversiteit Gent. Hij werd voorzitter van het Hoger Instituut voor kunstgeschiedenis en archeologie aan deze universiteit. In 1927 verliet hij Gent en werd gewoon hoogleraar aan de Rijksuniversiteit Luik. Hij werd een veelgevraagde gastprofessor en doceerde onder meer in Parijs, Algiers, Princeton, Harvard en Yale. De thema's die hij behandelde waren hoofdzakelijk vroegmiddeleeuws schilderwerk, middeleeuwse kunst en archeologie, renaissancekunst.
Kunsthistoricus
Van Puyvelde werd weldra beschouwd als een van de voornaamste Belgische kunsthistorici. Toen in de voprmalige abdij van de Bijloke in Gent in 1924 veertiende-eeuwse muurschilderingen werden ontdekt in de refter, werd hij belast met een wetenschappelijk onderzoek van deze fresco. In 1927 werd hij benoemd tot hoofdconservator van de Koninklijke Musea voor Schone Kunsten in Brussel en stichtte er een atelier voor de restauratie en conservatie van oude meesters.
Hij volgde ook met belangstelling het werk van Belgische kunstenaars, zoals George Minne (1866-1941), James Ensor, Gustave De Smet (1877-1943) en Frits Van den Berghe (1883-1939). Hij promoveerde hun werk door zijn artikels in internationale tijdschriften.
Hij ging in 1948 met pensioen en bleef nog actief publiceren.
Monuments Man
Tijdens Wereldoorlog II, nadat hij naar Engeland was gevlucht, werd hij opgenomen in de Belgische militaire missie, met de graad van luitenant-kolonel. In april 1944 werd in Londen de Vaucher Commissie of Inter-Allied Commission for the Protection and Restitution of Cultural Materials opgericht door de geallieerde ministers van Onderwijs.
Als directeur-generaal van de administratie van schone kunsten werd Van Puyvelde aan het hoofd geplaatst van het Belgisch comité. Hij zette zich onmiddellijk aan het werk om lijsten op te maken van in België geroofde kunstwerken. Deze lijsten dienden als informatie voor de Monuments Men op het terrein, en ze vergemakkelijkten aanzienlijk hun opzoekingen.
Hij was zelf ook actief op het veld, en hield, namens de Belgische regering, nauw contact met de majoors Ronald E. Balfour en Paul Baillie-Reynolds, die de Monuments Men leidden in België. Hij trok zelf, samen met Emile Langui, naar de mijnen bij Altaussee, toen het Lam Gods er werd ontdekt.
In augustus 1945 kon hij het wereldberoemde Polyptiek in ontvangst nemen in de Brusselse Koninklijke Musea en het kort daarop naar de Gentse Sint-Baafskathedraal begeleiden.