Memphis Grizzlies (2001-2008)
V první sezóně u Grizzlies se Gasol stal prvním zahraničním hráčem, který získal cenu pro nejlepšího nováčka NBA, a byl jmenován do prvního týmu nováčků NBA. V průměru zaznamenal 17,6 bodu a 8,9 doskoku na zápas a byl také jediným členem týmu, který v té sezóně odehrál všech 82 zápasů. Ve svém druhém roce v Grizzlies Gasol vedl tým v bodování (19,0 bodu na zápas) a podruhé za sebou odehrál všech 82 zápasů. Gasol vynechal první zápas v kariéře, během svého třetího ročníku, se zraněním nohy 5. dubna 2004, což přerušilo jeho šňůru 240 po sobě jdoucích odehraných zápasů. Dne 12. listopadu 2003 proti Orlandu Magic získal 1500. doskok v kariéře a 31. října 2003 proti Bostonu Celtics zaznamenal svůj 3000. bod v kariéře. Přestože ve čtvrtém utkání proti San Antoniu Spurs zaznamenal 22 bodů, což bylo nejvyšší číslo hráče Memphisu v play-off, jeho tým vypadl v prvním kole a nevyhrál proti San Antoniu ani jeden zápas. Pro Grizzlies i Gasola to byla první cesta do play-off NBA. Dne 11. ledna 2005 proti Indiana Pacers nastřílel 31 bodů a zablokoval čtyři střely, čímž dosáhl 5 000 bodů a 500 bloků ve své kariéře a stal se desátým nejrychlejším hráčem, který dosáhl 5 000 bodů/500 bloků od roku 1973-74. Svému týmu také pomohl podruhé v kariéře dostat se do play-off, ale ten vypadl hned v prvním kole a proti Phoenixu Suns nevyhrál ani jeden zápas.
V pátém roce svého působení u Grizzlies se 24. března proti New York Knicks stal nejlepším doskakovačem klubu, když v dresu Grizzlies získal svůj 3072. doskok. Od 24. do 28. ledna proměnil 29 trestných hodů v řadě, čímž vyrovnal druhou nejlepší bilanci v historii Grizzlies, včetně dvou zápasů v řadě s bilancí 12-12 z čáry trestného hodu, čímž vyrovnal nejlepší jednozápasovou bilanci v historii klubu. Gasol a Grizzlies se potřetí v historii svého týmu vrátili do play-off. Opět vypadli v prvním kole a nevyhráli ani jeden zápas proti Dallasu Mavericks.
Dne 9. února 2006, při svém prvním vystoupení, byl Gasol vybrán do Utkání hvězd NBA 2006 v texaském Houstonu jako náhradní centr Západní konference. V té době byl jedním ze čtyř hráčů, kteří se mezi útočníky Západní konference umístili v první desítce v počtu bodů, doskoků, asistencí a blokovaných střel. Byl prvním španělským basketbalistou a zároveň prvním hráčem Grizzlies, který se kdy dostal do Utkání hvězd.
Gasol vynechal prvních 23 zápasů sezóny 2006-07 NBA kvůli zlomenině nohy, kterou utrpěl v závěru semifinálového utkání Španělska s Argentinou na mistrovství světa FIBA 2006. Poté byl vyhlášen nejužitečnějším hráčem turnaje, který Španělsko vyhrálo. V utkání proti Sacramentu Kings 29. ledna zaznamenal 34 bodů (nejvíce ze všech hráčů Grizzly v té sezóně) a 8 doskoků, osmi bloky vyrovnal své kariérní maximum a rekord klubu a 31. ledna v utkání proti Dallasu Mavericks překonal Shareefa Abdur-Rahima v počtu pokusů o trestné hody. 6. února proti Houston Rockets se stal historickým lídrem série v počtu vstřelených košů a 7. února v Dallasu se stal historickým lídrem série v počtu odehraných minut. Na pozici historicky nejlepšího střelce Grizzlies překonal 7. března 2007 proti Torontu Raptors Shareefa Abdur-Rahima (7 801 bodů) (tehdy 7 809 bodů). Dne 24. ledna 2007 zaznamenal Gasol proti hostujícím Utah Jazz svůj druhý triple double v kariéře, když nasbíral 17 bodů, 13 doskoků a 12 asistencí. Zaznamenal také 2 bloky a jednu krádež.
1. února 2008 vyměnil Memphis Gasola do Los Angeles Lakers spolu s výběrem ve druhém kole draftu 2010 za Kwame Browna, Javarise Crittentona, Aarona McKie, práva na Marca Gasola (mladšího bratra Paua) a výběry v prvním kole draftu 2008 a 2010. Kolem této výměny se objevily určité kontroverze. Chris Wallace v článku pro ESPN popřel, že by mu majitel Michael Heisley nařídil, aby učinil Grizzlies atraktivnějšími pro potenciálního kupce. Wallace řekl: „Nikdo na mě nevyvíjel nátlak, abych to udělal, a Michael Heisley se skutečně zdráhal Paua přestěhovat.“ Řekl také, že už nějakou dobu „lovili“ ve vodách a jednali s řadou týmů. Vybral si dohodu s Lakers, protože „nic lepšího než tohle už nebylo“. Když Gasol z Grizzlies odcházel, držel dvanáct klubových rekordů, včetně počtu odehraných zápasů, odehraných minut, vstřelených branek, trestných hodů a pokusů o ně, útočných, obranných a celkových doskoků, blokovaných střel, ztrát a bodů. Ve statistikách za zápas vede Memphis v obranných a celkových doskocích spolu s blokovanými střelami.
Los Angeles Lakers (2008-2014)
5. února se Gasol poprvé představil v dresu Lakers v utkání proti New Jersey Nets, během něhož zaznamenal 24 bodů a 12 doskoků při výhře 105:90 nad Nets. Dne 14. března si Gasol v utkání proti New Orleans Hornets podvrtl kotník, když v první čtvrtině došlápl na nohu spoluhráče Vladimira Radmanoviče. Očekávalo se, že Gasol vynechá zbývající tři zápasy výjezdu Lakers poté, co rentgenové vyšetření vyšlo negativně. Gasol se vrátil do základní sestavy 2. dubna proti Portlandu Trail Blazers a odehrál téměř dvaatřicet minut, přičemž zaznamenal 10 bodů, šest doskoků a sedm asistencí. Přiznal, že se cítí omezeně a kotník mu stále otéká. Gasol pomohl Lakers zakončit základní část sezóny s nejlepší bilancí v Západní konferenci (57-25), s ním v základní sestavě dosáhli Lakers skóre 22-5. Kobe Bryant také prohlásil, že hra s Gasolem mu od začátku klapala.
V úvodním utkání play-off Lakers přispěl 36 body, 16 doskoky, 8 asistencemi a 3 zablokovanými střelami. Když Lakers v prvním kole smetli Denver Nuggets, byla to Gasolova první cesta do druhého kola na čtyři pokusy. Jeho předchozí tým Grizzlies se podruhé za sebou nedostal do play-off. V šestém utkání proti Utahu Jazz přispěl 17 body a 13 doskoky k postupu Lakers do finále konference. Dne 31. května zaznamenal v rozhodujícím utkání série proti San Antoniu Spurs 19 doskoků a stal se prvním Španělem, který se dostal do finále NBA. Ve finále 2008 proti Boston Celtics zaznamenal Gasol 14,7 bodu na zápas při úspěšnosti střelby 0,532, což bylo méně než jeho průměr 18,9 bodu v základní části, nicméně v celé sérii šampionátu vedl Lakers v doskakování s 10,2 bodu na zápas, což bylo více než jeho průměr v základní části (8,4 bodu). Los Angeles prohrálo ve finále s Bostonem šest zápasů, včetně prohry 131:92 v šestém utkání. V play-off byl Gasol druhým nejlepším hráčem Lakers v počtu bodů (16,9), doskoků (9,3) a asistencí na zápas (4,0). Byl lídrem v počtu bloků na zápas (1,90) a společně s Lamarem Odomem měl po sezóně nejvíce double-doublů (10).
Dne 2. ledna 2009 při vítězství nad Utah Jazz zaznamenal Gasol svůj 10 000. bod v kariéře. V sezóně 2008/09 si Gasol jako záložník týmu Západní konference vysloužil svou druhou účast v All-Star NBA, první jako hráč Lakers. Byl také vyhlášen hráčem měsíce Západní konference poté, co pomohl Lakers k bilanci 11-2 za měsíc únor, která zahrnovala venkovní výhry nad Bostonem a Clevelandem. Základní část sezóny zakončil s průměry 18,9 bodu, 9,6 doskoku, 3,5 asistence a 1 bloku na zápas. Gasol poté získal svůj první mistrovský prsten NBA, když Lakers ve finále 2009 porazili Orlando Magic.
Dne 24. prosince 2009 Gasol podepsal s Lakers tříleté prodloužení smlouvy v hodnotě 64,7 milionu dolarů. Gasol si jako záložník Západní konference vysloužil svou třetí účast v All-Star a základní část zakončil s průměry 18,3 bodu, 11,3 doskoku, 3,4 asistence a 1,7 bloku. V šestém utkání prvního kola Gasol zaznamenal 18 doskoků a jeho putback v poslední sekundě vyřadil Oklahoma City Thunder. V konferenčním semifinále proti Utahu Jazz měl průměr 23,5 bodu a 14,5 doskoku a konečně v konferenčním finále proti Phoenixu Suns měl průměr 19,7 bodu a 7,2 doskoku. V sedmém zápase finále NBA proti Boston Celtics Gasol zaznamenal 19 bodů (6-16 FGM-A, 7-13 FTM-A), 18 doskoků a dva bloky a Lakers se stali znovu šampiony. V roce 2010 byl časopisem Sporting News zvolen patnáctým nejchytřejším sportovcem.
Vyzván trenérem Lakers Philem Jacksonem, aby byl důraznější, zatímco Bryant se zotavoval po mimosezónní operaci kolena, začal Gasol první týden sezony s průměrem 25,3 bodu při 52,5% úspěšnosti střelby, 10,3 doskoku a pěti asistencemi na zápas, když Lakers začali 3:0 na zápasy. Byl vyhlášen hráčem týdne Západní konference. Vysloužil si třetí výběr do All-Star v řadě a jeho sezónní průměry 19 bodů a 10 doskoků byly téměř totožné s tím, co jako Lakers předváděl v předchozích třech sezónách. Pau si svou hrou také poprvé v kariéře vysloužil ocenění druhého týmu All-NBA. V play-off měl Gasol v deseti zápasech průměr pouze 13 bodů při 42% úspěšnosti střelby a Lakers byli ve druhém kole vyřazeni Dallasem Mavericks. Gasol předvedl nejhorší výkon po sezóně ve své kariéře. Člen Síně slávy Lakers a analytik ESPN Magic Johnson uvedl Gasola jako možnou variantu výměny pro Lakers, aby získali centra Magic Dwighta Howarda. Gasol ignoroval nepravdivé zprávy o stavu svého vztahu s přítelkyní jako příčinu svých špatných výkonů a kritiku své hry přijal jako oprávněnou. Během sezóny 2011/12 v NBA byli Gasol a jeho spoluhráč Lamar Odom terčem zvěstí o výměně, které se týkaly bývalého rozehrávače New Orleans Hornets Chrise Paula. Poté, co výměna ztroskotala, Gasol slíbil, že to nebude mít vliv na jeho způsob hry. Odom byl naopak na organizaci Lakers naštvaný a byl vyměněn do týmu mistra NBA z ročníku 2010/11 Dallas Mavericks za budoucí volbu v prvním kole. Poté, co byl v březnu 2012 vyměněn spolukapitán Lakers Derek Fisher, se Gasol připojil k Bryantovi jako spolukapitán týmu. V sezóně 2011/12 získal cenu NBA za asistenci v komunitě.
Po začátku sezóny 2012/13 (1:4) vyměnili Lakers trenéra Mikea Browna za Mikea D’Antoniho. Gasol se po sedmi zápasech pod D’Antonim trápil, měl průměr 10,1 bodu a 8,0 doskoku při střelbě 38,8 procenta a v několika zápasech byl ve čtvrté čtvrtině posazen na lavičku. Tým měl potíže se zapojením Gasola do D’Antoniho útoku, v němž se historicky nevyskytovali postoví hráči hrající dopředu. Gasol byl s 2,7 body na zápas až na 27. místě v lize v post-up bodech, což je méně než v předchozích sezonách, kdy byl v ročníku 2010/11 pátý a v ročníku 2011/12 devátý. Dne 18. listopadu 2012 při vítězství nad Houston Rockets zaznamenal Gasol svůj 15 000. bod v kariéře. Gasol, kterého od tréninkového kempu trápil zánět šlach v obou kolenech, v prosinci vynechal osm zápasů, než se vrátil do základní sestavy. Později mu byl diagnostikován zánět plantární fascie, ale hrál dál. Generální manažer Mitch Kupchak řekl majitelům permanentek Lakers, že tým potřebuje Gasola více zapojit do hry. Dne 7. ledna 2013 dostal Gasol ve čtvrté čtvrtině zápasu, který Lakers prohráli 112:105, ránu do obličeje od JaValea McGeeho z Denveru. Utrpěl otřes mozku a musel vynechat následujících pět zápasů. V prvním zápase po návratu nastoupil z lavičky poté, co nastoupil k prvním 345 zápasům v dresu Lakers. V dalším utkání se vrátil do základní sestavy a proti Torontu nastřílel 25 bodů, což byl jeho teprve druhý dvacetibodový zápas v sezoně. V dalším utkání 21. ledna však D’Antoni přesunul Gasola do role náhradníka a nastoupil Earl Clark, což trenér považoval za trvalou změnu. Dne 5. února proti Brooklynu Nets si Gasol natrhl plantární fascii na pravé noze. V prvním poločase si Gasol fascii natáhl, ale hrál přes bolest, dokud necítil, že mu praskla, když se ke konci zápasu snažil zablokovat střelu Brooka Lopeze. Po více než šesti týdnech se 22. března vrátil po 20 vynechaných zápasech a D’Antoni ho vrátil do základní sestavy místo Clarka. Po dvouzápasovém adaptačním období byla Gasolova hra solidní a Bryant trval na tom, aby Gasol dostával míč na post. D’Antoni prohlásil, že Gasol hrál od ledna dobře, a dřívější potíže útočníka přičítal zraněním a vyvíjejícímu se útočnému systému týmu. „Mám v něj teď mnohem větší důvěru a hraje skvěle,“ řekl D’Antoni. Sezonu zakončil s nejnižšími hodnotami v kariéře v bodech (13,7) a úspěšnosti střelby z pole (.466) a jeho doskoky (8,6) byly nejnižší od jeho první sezony v Los Angeles. Omezil se na nejnižší počet zápasů v kariéře – 49. V posledních sedmi zápasech včetně play-off však zaznamenal tři triple-double.
Gasol v posledním roce své smlouvy 2013-14 dlužil 19,3 milionu dolarů, což Lakers stálo včetně daní z luxusu přibližně 50 milionů dolarů. Po sezoně se stal volným hráčem.
Chicago Bulls (2014-2016)
18. července 2014 podepsal Gasol smlouvu s Chicago Bulls. Řekl to poté, co byl představen: „Byl to instinktivní pocit. Myslel jsem si, že Chicago pro mě bude nejvhodnější. Je to velká výzva, ale mě výzvy pohánějí. Těším se na to.“
1. ledna 2015 zaznamenal Gasol při výhře 106:101 nad Denverem Nuggets vedle 17 bodů a 9 doskoků také 9 bloků. O deset dní později zaznamenal 46 bodů při střelbě 17 z 30 při výhře 95-87 nad Milwaukee Bucks. Dne 9. dubna 2015 si připsal 51. double-double sezóny, když 16 body a 15 doskoky přispěl k výhře 89:78 nad Miami Heat. Své 54. double-double v sezoně zaznamenal 15. dubna ve finále základní části proti Atlantě Hawks, čímž se stal lídrem ligy v počtu double-double v sezoně 2014/15.
5. prosince 2015 se Gasol stal 116. hráčem, který dosáhl 1000 zápasů v základní části. Proti Charlotte Hornets zaznamenal 13 bodů a 11 doskoků, což byl jeho devátý double-double v sezoně. Dne 25. ledna 2016 zaznamenal poprvé v kariéře double-double v první čtvrtině – 13 bodů a 10 doskoků. Zápas zakončil s 19 body a 17 doskoky a Bulls podlehli Miami Heat 89:84. 9. února byl Gasol jmenován náhradníkem Jimmyho Butlera v All-Star týmu Východní konference 2016. Dne 27. února zaznamenal svůj osmý triple-double v kariéře a první jako Bull s 22 body, 16 doskoky a 14 asistencemi při prohře 103:95 s Portlandem Trail Blazers. Ve svých 35 letech se stal nejstarším hráčem, který zaznamenal triple-double, od roku 2014, kdy se to podařilo Kobemu Bryantovi ve 36 letech. 7. března zaznamenal své druhé triple-double v sezoně, když 12 body, 17 doskoky a 13 asistencemi přispěl k výhře 100:90 nad Milwaukee Bucks, a stal se tak teprve čtvrtým hráčem starším 35 let s více triple-double v sezoně, čímž se připojil k Jasonu Kiddovi, Kobemu Bryantovi a Paulu Piercovi. 2. dubna se při prohře s Detroitem Pistons stal 38. hráčem NBA, který dosáhl 10 000 doskoků v kariéře. Stal se také 36. hráčem s 10 000 body a 10 000 doskoky.
San Antonio Spurs (2016-2019)
Dne 14. července 2016 podepsal Gasol smlouvu se San Antonio Spurs. Dne 11. listopadu 2016 si při vítězství 96:86 nad Detroitem Pistons připsal 21 bodů a 6 asistencí, což bylo jeho sezónní maximum. Dne 19. ledna 2017 byl vyloučen na dobu neurčitou poté, co si během předzápasové rozcvičky ten večer zlomil prsteníček levé ruky. Následující den podstoupil operaci, při níž mu byla vyléčena zlomenina čtvrté záprstní kosti levé ruky. Dne 24. února 2017 při vítězství 105:97 nad Los Angeles Clippers zaznamenal Gasol při svém návratu po patnáctizápasové absenci způsobené zraněním prstu 17 bodů a 11 doskoků. Dne 12. dubna 2017 Gasol zaznamenal 13 bodů a dosáhl 20 000 bodů v kariéře při prohře 101:97 ve finále základní části proti Utahu Jazz, čímž se stal po Dirku Nowitzkim druhým evropským hráčem, který této mety dosáhl.
Dne 24. července 2017 Gasol znovu podepsal smlouvu se Spurs. Dne 20. prosince 2017 zaznamenal 20 bodů a 17 doskoků při výhře 93:91 nad Portlandem Trail Blazers. Dne 23. prosince 2017 zaznamenal svůj desátý triple double v kariéře – 14 bodů, 11 doskoků a 10 asistencí při výhře 108-99 nad Sacramento Kings. Dne 26. prosince 2017 při výhře 109:97 nad Brooklyn Nets nasbíral Gasol svůj 10 817. doskok, čímž se posunul před Jacka Sikmu na 30. místo v historii ligy. 26. ledna 2018 se Gasol při prohře 97:78 s Philadelphií 76ers stal 34. hráčem v historii NBA, který odehrál 40 000 minut v kariéře. Dne 25. března 2018 zaznamenal 22 bodů při střelbě 10 z 15 a 13 doskoků při prohře s Milwaukee Bucks 106:103.
Po tom, co Gasol nastoupil v prvních devíti zápasech sezony 2018-19, vynechal dalších 26 utkání kvůli stresové zlomenině pravého chodidla. Dne 1. března 2019 byl Spurs propuštěn na základě dohody o výkupu.
Milwaukee Bucks (2019)
Dne 3. března 2019 podepsal Gasol smlouvu s Milwaukee Bucks. Za Bucks odehrál tři zápasy. Dne 23. března bylo oznámeno, že Bucks očekávají, že Gasol vynechá následující měsíc kvůli zranění levého kotníku. Gasolovo zranění ukončilo jeho sezónu. Nemohl nastoupit do play-off a 9. května 2019 podstoupil operaci zraněné nohy.
Portland Trail Blazers (2019)
Dne 25. července 2019 podepsal Gasol smlouvu s týmem Portland Trail Blazers. Dne 20. listopadu se ho Trail Blazers zřekli, aniž by za tým odehrál jediný zápas.
Dne 9. prosince 2020 Gasol vyjádřil přání vrátit se do NBA a jako svou vysněnou destinaci uvedl návrat do Lakers, aby mohl hrát se svým bratrem Marcem.
Dne 23. února 2021 se Gasol vrátil do Španělska, aby hrál v klubu Liga ACB FC Barcelona
.