Avec un grand-père, un père et deux frères qui font ou ont fait du karting, Pierre se lance tout naturellement dans cette discipline. Il devient champion de Normandie en 2006, puis récidive les deux années suivantes. Il est alors soutenu par la marque Sodikart et, en 2009, la FFSA l'intègre à l'équipe de France de karting. L'année suivante, il devient champion de France, termine deuxième du championnat d'Europe et quatrième de la Coupe du monde.

En 2011, il passe à la monoplace. Il s'engage en Formule 4 et termine l'année à la troisième place du championnat avec quatre victoires et deux pole positions. En 2012, il intègre la filière Red Bull et court en Formule Renault 2.0. Avec seulement deux podiums à son actif, Pierre ne se classe que dixième du championnat. Cependant, l'année suivante, il décroche le titre de ce même championnat, devenant ainsi le plus jeune pilote à le remporter.

En 2014, il est engagé par l'écurie Arden pour courir le championnat de Formule Renault 3.5 Series. Bien qu'il ne remporte pas de victoires, il termine deuxième, derrière Carlos Sainz, grâce à ses huit podiums. Il participe également en fin d'année aux trois dernières manches de la GP2 Series, sans parvenir à marquer de points.

En 2015, il rejoint l'équipe française DAMS en GP2 Series et se classe huitième du championnat avec quatre podiums. Au cours de l'année, il effectue deux jours d'essai en Formule 1 au volant d'une Toro Rosso, puis d'une Red Bull, et devient pilote de réserve chez Red Bull Racing. L'année suivante, Pierre change d'écurie et rejoint Prema Racing. Grâce à trois victoires dans la première moitié du championnat, il est en tête de la compétition. Cependant, son coéquipier Antonio Giovinazzi parvient à le devancer de sept points avant la dernière manche à Abou Dhabi. Grâce à une pole position et une victoire dans la course principale, Pierre repasse devant et devient champion de GP2.

Malheureusement pour lui, Red Bull décide de conserver Carlos Sainz et Daniil Kvyat chez Toro Rosso pour la saison 2017. Il trouve refuge dans le championnat Super Formula, au Japon, qu'il termine à la deuxième place.

Toro Rosso

Cependant, en septembre 2017, l'écurie Scuderia Toro Rosso annonce que Pierre Gasly remplacera Daniil Kvyat lors de deux Grands Prix, en Malaisie et au Japon. Après le départ du Russe, l'écurie confirme Pierre pour les trois dernières courses de la saison. Au terme de ces cinq courses, le bilan n'est pas brillant : une quatorzième place comme meilleur résultat sur la grille et une douzième place comme meilleur classement. Il est néanmoins confirmé chez Toro Rosso pour 2018.

Pour cette nouvelle saison, Toro Rosso utilise le moteur Honda que McLaren vient d'abandonner après trois années de galère. Pour le premier Grand Prix, en Australie, Pierre prend le départ depuis la vingtième position et abandonne dans le quatorzième tour à la suite de la casse de son moteur. Ça commence mal. Cependant, lors de la deuxième manche, Pierre se qualifie en cinquième position et termine à une magnifique quatrième place, marquant ainsi ses premiers points en F1. La suite de la saison est moins brillante et il ne se qualifie dans les points qu'à quatre reprises. Néanmoins, après le Grand Prix de Hongrie qu'il termine à la sixième place, il est engagé par Red Bull pour remplacer Daniel Ricciardo aux côtés de Max Verstappen pour la saison 2019. Pour sa première saison complète, Pierre se classe quinzième du championnat.

Son début de saison chez Red Bull est plutôt moyen, surtout en comparaison avec Max Verstappen. A l'issue du Grand Prix d'Allemagne, remporté par le Néerlandais, Pierre, bien qu'il soit sixième au championnat, a plus de 100 points de retard sur son coéquipier. Lors du Grand Prix suivant, il termine sixième, à un tour de Verstappen. Christian Horner déclare alors qu'il n'y a aucune raison de remplacer le pilote français. Mais une semaine plus tard, Red Bull annonce que Pierre va céder sa place à Alexander Albon, qui pilote chez Toro Rosso. Avec moins de pression, il termine régulièrement dans les points et la fin de saison est marquée par une superbe deuxième place derrière son ex-coéquipier lors du Grand Prix du Brésil. Il se classe septième au championnat et est confirmé chez AlphaTauri (le nouveau nom de Toro Rosso) pour la saison 2020.

AlphaTauri

Dès le début de la saison, marqué par la pandémie de Covid-19, Pierre enchaîne les qualifications solides. Il parvient en Q3 lors de 11 des 17 courses de la saison. Il réalise la meilleure qualification de sa carrière avec une quatrième place lors du Grand Prix d'Émilie-Romagne. Mais le point d'orgue de sa saison reste à coup sûr sa victoire historique au Grand Prix d'Italie sur le circuit de Monza, la première d'un pilote français depuis Olivier Panis en 1996. Le Français a su saisir sa chance après une course mouvementée, marquée par de nombreux abandons et des changements de stratégie. Il marque finalement des points à neuf reprises, dont une belle cinquième place au Portugal, et se classe dixième au championnat.

En 2021, Pierre accueille Yuki Tsunoda, son nouveau coéquipier chez AlphaTauri. Il commence sa saison à Bahreïn par une cinquième place sur la grille, mais doit abandonner. Lors du Grand Prix suivant, à Imola, il se classe cinquième sur la grille et termine septième. Il termine ensuite les cinq Grands Prix suivants dans les points, dont une belle troisième place à Bakou. Il poursuit sa saison en se qualifiant régulièrement en Q3 et en obtenant régulièrement des points. Il termine le championnat à la neuvième place, ayant largement dominé son jeune coéquipier.

Après deux belles saisons avec AlphaTauri, Pierre espère continuer à se distinguer en 2022. Mais ces espoirs vont être rapidement déçus, car les performances de la nouvelle AT03 font reculer Pierre dans la hiérarchie. Alors qu'il était régulièrement en Q3 en 2021, Pierre doit batailler dur pour y parvenir et rentre moins souvent dans les points. Il obtient de nouveau son meilleur classement à Bakou, avec une cinquième place. Début octobre, Alpine confirme son recrutement pour la saison suivante. Avec presque cinq fois moins de points marqués que la saison précédente, il se classe quatorzième du championnat.

Alpine

Après six années dans le giron Red Bull, Pierre rejoint Esteban Ocon chez Alpine-Renault. Pour son premier Grand Prix avec l'écurie française, il est éliminé dès la Q1, mais se rattrape le lendemain en terminant neuvième. Lors du Grand Prix d'Australie, alors qu'il est cinquième lors du restart à deux tours de l'arrivée, il s'accroche avec Ocon et les deux Alpine finissent dans le mur. Il poursuit sa saison en marquant régulièrement des (petits) points. A Spa, il termine troisième du Sprint grâce à un bon choix de pneus, puis à Zandvoort, il prend à nouveau la bonne décision concernant les pneus et monte sur la troisième marche du podium. Il se classe onzième du championnat, devançant ainsi son coéquipier qu'il a, également, dominé en qualifications.

La saison 2024 commence mal pour Pierre et son équipe, car les deux Alpine sont sur la dernière ligne de la grille à Bahreïn, puis sur la deuxième ligne à Djeddah. Pierre doit attendre le huitième Grand Prix, à Monaco, pour marquer son premier point de la saison. Il enchaîne avec deux neuvièmes places et une dixième place. Heureusement, les performances de son Alpine A524 s'améliorent en fin de saison. A São Paulo, il termine troisième, juste derrière Ocon. Avec ce double podium, Alpine remonte de la neuvième à la sixième place du classement des constructeurs. Lors du Grand Prix suivant, à Las Vegas, il s'élance de la troisième position mais abandonne rapidement à la suite d'un problème moteur. Il termine la saison par une cinquième et une septième place, ce qui permet à Alpine d'assurer sa sixième place.