Cnesterodon pirai fue descrita para la ciencia en el año 2009, por los ictiólogos Gastón Aguilera, Juan Marco Mirande y María de las Mercedes Azpelicueta.
El epíteto específico pirai deriva de las palabras guaraníes pirá, que significa 'pez' e í que significa 'diminuto', en alusión al pequeño tamaño de esta especie, al igual que las otras especies del género Cnesterodon.
Esta especie solo se conoce de su localidad tipo, el arroyo Almeida, un afluente del arroyo Cuñá-Pirú.
El arroyo Almeida es un pequeño curso fluvial que en su sección más dilatada la corriente apenas presenta 2 m de ancho; posee poca profundidad, con máximas de hasta 80 cm, con pequeñas correderas y pozones, en donde habita especialmente esta especie.
Cnesterodon pirai presenta los siguientes caracteres diagnósticos: