اشتغال مشیرالدوله به تدوین کتاب ایران باستان بعد از دو کتاب او یعنی “ایران باستانی” و “داستان‌های قدیم ایران” شروع شد و تا پایان عمرش به طول انجامید. آن مرحوم خود را وقف این کار سترگ کرد و روزها گاهی تا 14 ساعت وقت خود را صرف ترجمه و تنظیم مطالب کتاب و تصحیح و مطابقه آخرین نمونه های چاپخانه می‌کرد. منابع اصلی این کتاب یا یونانی بوده است و یا رومی که سپس این کتب به زبان‌های فرانسوی و انگلیسی و روسی و آلمانی و غیره ترجمه شده بود. پیرنیا ترجمه‌های مهم منابع اصلی کتاب را از خارج به دست آورد و شروع به ترجمه کرد. تنظیم “ایران باستان” قریب ده سال طول کشید. در اواخر سال 1312 بود که در اثر کثرت کار و فرا رسیدن ایام پیری دچار اورمی و سپس سکته ناقص شد و قسمتی از بدنش فلج ماند و چشم راست او معیوب شد. در این مدت چندین‌بار ساکنان خیابان منوچهری و همسایه‌های مشیرالدوله متوجه می‌شدند که خیابان قرق می‌شد و گارد مخصوص سلطنتی از آنجا می‌گذشت و سپس اتومبیل رضاشاه در برابر منزل او توقف می کرد و شاه مقتدر سال‌های 1313 و 14، نخست وزیر سال‌های 1303 و 4 را عیادت می‌کرد. اولین چاپ این کتاب به وسیله وزارت معارف و در زمان حیات مشیرالدوله منتشر شد. تمام چاپ‌هایی که پس از آن به بازار آمده بدون نقشه‌ها و بسیاری از تصاویر کتاب است و بعضا نسبت به متن اولیه وفادار نبوده و حتی نام اصلی کتاب را تغییر داده اند. چاپ حاضر برای اولین‌بار ضمن رعایت رسم‌الخط امروزی، شامل متن کامل و اولیه کتاب و تمام تصاویر و نقشه‌های آن است. لازم به گفتن است چون کتاب “ایران باستان” پیرنیا به علت فوت وی فاقد تاریخ دوره ساسانی است برای استفاده هرچه بیشتر خوانندگان، فصل مربوط به دوره ساسانی را از کتاب “ایران قدیم” که نویسنده قبل از “ایران باستان” نوشته بود به عنوان ضمیمه آورده‌ایم. این کتاب در سه جلد در قطع پالتویی و با مقدمه مبسوطی از دکتر ابراهیم باستانی پاریزی عرضه شده است. جلد اول پیش از تاریخ تا پایان سلطنت خشایارشا، جلد دوم از سلطنت اردشیر اول تا پایان سلطنت اسکندر مقدونی، جلد سوم جانشینان اسکندر تا ورود اسلام به ایران.