Las extraordinarias cualidades de Gasol, un ala-pívot con una altura de 2,15 m y un dominio excepcional del balón, hicieron que en 2001 fuera elegido en el tercer puesto del draft de la NBA por los Memphis Grizzlies. Esto lo convirtió en el segundo jugador español en llegar a la élite del baloncesto mundial, solo por detrás de Fernando Martín.

Debutó en la temporada 2001-2002 y enseguida se ganó la titularidad. Pau fue el único jugador en participar en todos los juegos de la liga estadounidense, lo que le hizo ganar el premio de “Rookie del Año” de la NBA en 2002. Es hasta el momento, el único jugador de nacionalidad no estadounidense en conseguirlo.

También participó en el “Rookie Challenge” (ahora “Rising Stars Challenge”) que es parte del famoso evento All-Star Weekend, y donde se llevó la victoria con 7 rebotes y 10 puntos.

Tras el éxito de su debut, Pau continuó creciendo en la NBA. En el 2004 fue elegido por votación de los aficionados como “Jugador del Año” y en febrero de 2006 participó en el All-Star de la NBA, siendo el primer español en conseguirlo. Gasol consiguió hacerse un nombre entre la generación de estrellas que comenzaban a despuntar, como Kobe Bryant, LeBron James, Tim Duncan o Tony Parker.

El 3 de febrero de 2008, fue traspasado al equipo de Los Angeles Lakers, con quien consiguió su primer Campeonato de la NBA en 2009 ante los Orlando Magic. Además, fue incluido en el Quinteto ideal de la NBA, junto a Carmelo Anthony, Shaquille O’Neal, Tony Parker y Chauncey Billups.

En 2010, los Lakers volvieron a ganar otro anillo y Pau alcanzó los quince mil puntos en la NBA jugando ante los Houston Rockets.

Mientras dejaba su huella en la historia de la NBA, el pívot español también tuvo tiempo de cosechar títulos con la Selección Española. Junto a ellos, Pau Gasol ganó cuatro medallas en los Campeonatos de Europa: una de oro, en Polonia 2009, dos de plata, en Suecia 2003 y España 2007; y otra de bronce en Turquía 2001. También lideró a España para ganar el oro en el Campeonato del Mundo en 2006.

En 2008, Pau ganó la medalla de plata en los Juegos Olímpicos de Pekín al enfrentarse en una emocionante final contra la poderosa selección de Estados Unidos.

En 2014, Gasol firmó por tres temporadas con los Chicago Bulls, equipo con el que consiguió su mejor actuación el 10 de enero de 2015, anotando 46 puntos y 18 rebotes ante los Milwaukee Bucks.

Durante su estancia en Chicago, participó en el All-Star Game de 2015 y 2016. En el 2015 lo hizo junto a su hermano, convirtiéndose en los primeros europeos elegidos para formar parte del quinteto titular y que les condecoró con el premio Princesa de Asturias de los Deportes, en España.

En 2016, el español fichó por los San Antonio Spurs compartiendo en ese entonces con el trío de estrellas Kawhi Leonard, Danny Green y David Lee.

Ese año, Pau volvió a brillar con la Selección Española durante los Juegos Olímpicos de Río 2016 al conseguir medalla de bronce y convertirse en el máximo anotador. Hazaña repetida en el Eurobasket de 2017.

Durante su última temporada con los Spurs, su rendimiento se vio afectado debido a una fractura en su pie izquierdo, y cerró la temporada con un total de 4.2 puntos y 4.7 rebotes por partido.

En marzo de 2019, firmó contrato con los Milwaukee Bucks, y actualmente lleva su dorsal número 17.

Gasol aprovechó el aplazamiento de los Juegos Olímpicos de Tokio 2020 para terminar la rehabilitación que después le permitiría participar en sus últimos Juegos Olímpicos, los quintos de su carrera.

Tras la derrota contra Estados Unidos en cuartos de final, el pívot catalán anunció su retirada de la selección española junto a su hermano Marc Gasol. Pau es el tercer máximo anotador de la historia del torneo olímpico de hombres con 649 puntos.

En agosto de 2021 fue elegido nuevo miembro de la Comisión de Atletas del Comité Olímpico Internacional.