Memphis Grizzlies (2001-2008)
I sin første sæson hos Grizzlies blev Gasol den første udenlandske spiller, der vandt NBA Rookie of the Year Award, og han blev udnævnt til NBA All-Rookie First Team. Han lavede i gennemsnit 17,6 point og 8,9 rebounds pr. kamp og var også det eneste holdmedlem, der spillede alle 82 kampe i den sæson. Gasol førte holdet i scoring (19,0 point pr. kamp) i sit andet år hos Grizzlies, og for andet år i træk spillede han alle 82 kampe. Gasol gik glip af den første kamp i sin karriere, i sit tredje år, med en fodskade den 5. april 2004, hvilket afbrød hans række på 240 kampe i træk, som han havde spillet. Han tog karrierens 1.500. rebound i karrieren den 12. november 2003 mod Orlando Magic og scorede karrierens 3.000. point den 31. oktober 2003 mod Boston Celtics. På trods af at han havde 22 point i kamp 4 mod San Antonio Spurs, det højeste antal for en Memphis-spiller i slutspillet, blev hans hold slået ud i første runde, idet han ikke vandt en eneste kamp mod San Antonio. Dette var både Grizzlies og Gasols første tur til NBA-slutspillet. Han scorede 31 point og blokerede fire skud den 11. januar 2005 mod Indiana Pacers for at opnå 5.000 point og 500 blokeringer i sin karriere og blev dermed den 10. hurtigste spiller til at nå 5.000 point/500 blokeringer siden 1973-74. Han hjalp også sit hold med at komme i slutspillet for anden gang i sin karriere, men de blev slået ud i første runde og vandt ikke en eneste kamp mod Phoenix Suns.
I sit femte år hos Grizzlies blev han den 24. marts mod New York Knicks franchisens førende rebounder nogensinde, da han tog sin 3072. rebound i en Grizzlies-dragt. Han lavede 29 frikastforsøg i træk fra den 24. til den 28. januar, hvilket er det næstbedste resultat i Grizzlies’ historie, herunder to kampe i træk med 12-12 fra linjen, hvilket er det bedste resultat i en enkelt kamp i hele spillets historie. Gasol og Grizzlies vendte tilbage til slutspillet for tredje gang i hans og holdets historie. Endnu en gang blev de slået ud i første runde og vandt ikke en eneste kamp mod Dallas Mavericks.
Den 9. februar 2006 blev Gasol i sin første optræden udvalgt til at spille i NBA All-Star Game 2006 i Houston, Texas, som reservecenter for Western Conference. På det tidspunkt var han en af fire spillere, der blandt Western Conference-forwards var placeret i top ti i point, rebounds, assists og blokerede skud. Han var den første spanske basketballspiller samt den første Grizzlies-spiller til nogensinde at deltage i All-Star Game.
Gasol gik glip af de første 23 kampe i NBA-sæsonen 2006-07 på grund af en brækket fod, som han pådrog sig i slutningen af Spaniens semifinalesejr over Argentina ved FIBA-verdensmesterskabet i 2006. Han blev efterfølgende kåret som den mest værdifulde spiller i turneringen, som Spanien vandt. Han lavede sæsonhøjde med 34 point (flest af en Grizzly-spiller i den sæson) og otte rebounds og slog karrierehøjde og rekord med otte blokeringer den 29. januar mod Sacramento Kings, og han overhalede Shareef Abdur-Rahim som franchisens førende spiller i frikastforsøg gennem tiderne den 31. januar mod Dallas Mavericks. Han blev alle tiders leder i antal scorede field goals den 6. februar mod Houston Rockets og blev alle tiders leder i antal spillede minutter den 7. februar i Dallas. Han overhalede Shareef Abdur-Rahim (7.801 point) som Grizzlies’ topscorer gennem tiderne den 7. marts 2007 mod Toronto Raptors (7.809 point på daværende tidspunkt). Den 24. januar 2007 lavede Gasol sin anden triple-double i karrieren mod Utah Jazz, hvor han scorede 17 point, 13 rebounds og 12 assists. Han registrerede også 2 blokeringer og en tyveri.
Den 1. februar 2008 byttede Memphis Gasol til Los Angeles Lakers sammen med en anden valgrunde i 2010 for Kwame Brown, Javaris Crittenton, Aaron McKie, rettighederne til Marc Gasol (Pau’s yngre bror) og første valgrunde i 2008 og 2010 for Kwame Brown, Javaris Crittenton, Aaron McKie, rettighederne til Marc Gasol (Pau’s yngre bror) og første valgrunde i 2008 og 2010. Der har været en del kontroverser omkring handlen. Chris Wallace benægtede i en ESPN-artikel, at han var blevet beordret af ejeren Michael Heisley til at gøre Grizzlies mere attraktive for en potentiel køber. Wallace sagde: “Der var ingen, der lagde pres på mig for at gøre dette, og Michael Heisley har faktisk været tilbageholdende med at flytte Pau.” Han sagde også, at de havde “trollet” vandene i et stykke tid og handlet med en række hold. Han valgte Lakers-aftalen, fordi “det ikke blev bedre end det her”. Da Gasol forlod Grizzlies, var han indehaver af tolv franchiserekorder, herunder spillede kampe, spillede minutter, scorede field goals, lavede og forsøgte frikast, offensive, defensive og samlede rebounds, blokerede skud, turnovers og point. Han fører Memphis’ statistik pr. kamp med hensyn til defensive og samlede rebounds samt blokerede skud.
Los Angeles Lakers (2008-2014)
Den 5. februar fik Gasol sin første optræden for Lakers i en kamp mod New Jersey Nets, hvor han scorede 24 point og havde 12 rebounds i en 105-90 sejr over Nets. Den 14. marts forstuvede Gasol sin ankel i en kamp mod New Orleans Hornets, da han trådte på holdkammeraten Vladimir Radmanovićs fod i første quarter. Gasol forventedes at gå glip af de resterende tre kampe af Lakers’ roadtrip, efter at røntgenundersøgelser viste sig at være negative. Gasol vendte tilbage til startopstillingen den 2. april mod Portland Trail Blazers og spillede næsten 32 minutter, hvor han noterede sig for 10 point, seks rebounds og syv assists. Han indrømmede, at han følte sig begrænset, da hævelsen i anklen stadig var til stede. Gasol hjalp Lakers med at afslutte den regulære sæson med det bedste resultat i Western Conference (57-25), og med ham i startopstillingen blev det 22-5 for Lakers. Kobe Bryant har også udtalt, at det klikkede fra starten at spille med Gasol.
I Lakers’ første kamp i slutspillet bidrog han med 36 point, 16 rebounds, 8 assists og 3 blokerede skud. Da Lakers fejede Denver Nuggets i første runde, var det Gasols første tur til anden runde i fire forsøg. Hans tidligere hold, Grizzlies, formåede ikke at nå slutspillet for andet år i træk. Han bidrog med 17 point og 13 rebounds i kamp 6 mod Utah Jazz for at hjælpe Lakers videre til conferencefinalerne. Den 31. maj noterede han sig for karrierens højeste score på 19 rebounds i en afgørende sejr i serien mod San Antonio Spurs, og han blev den første spanier til at nå NBA-finalen. Gasol scorede 14,7 point pr. kamp på 0,532 skud i finaleserien i 2008 mod Boston Celtics, hvilket var under hans scoringssnit på 18,9 i den regulære sæson, men han førte Lakers i rebounding med 10,2 pr. kamp i hele mesterskabsserien, hvilket var en stigning i forhold til hans gennemsnit i den regulære sæson på 8,4. Los Angeles tabte i seks kampe mod Boston i finalen, herunder et nederlag på 131-92 i kamp 6. I slutspillet var Gasol den næstbedste Laker med hensyn til point (16,9), rebounds (9,3) og assists pr. kamp (4,0). Han var førende i blokeringer pr. kamp (1,90) og havde sammen med Lamar Odom flest dobbeltdoubler i eftersæsonen (10).
Den 2. januar 2009 i en sejr mod Utah Jazz scorede Gasol sit 10.000. point i karrieren. Gasol opnåede sin anden All-Star-deltagelse som reserve for Western Conference-truppen i NBA-sæsonen 2008-09, hans første som Laker. Han blev også kåret som månedens spiller i Western Conference efter at have hjulpet Lakers til en 11-2-rekord i februar måned, der omfattede sejre på udebane over Boston og Cleveland. Han sluttede den regulære sæson med et gennemsnit på 18,9 point, 9,6 rebounds, 3,5 assists og 1 blokering pr. kamp. Gasol vandt derefter sin første NBA-mesterskabsring, da Lakers besejrede Orlando Magic i finalen i 2009.
Den 24. december 2009 underskrev Gasol en treårig forlængelse med Lakers til en værdi af 64,7 millioner dollars. Gasol opnåede sin tredje All-Star-deltagelse som reserve for Western Conference og afsluttede den regulære sæson med et gennemsnit på 18,3 point, 11,3 rebounds, 3,4 assists og 1,7 blokeringer. I kamp 6 i første runde tog Gasol 18 rebounds, og hans putback i sidste sekund eliminerede Oklahoma City Thunder. I conference-semifinalen mod Utah Jazz scorede han i gennemsnit 23,5 point og 14,5 rebounds, og endelig i conference-finalen mod Phoenix Suns scorede han i gennemsnit 19,7 point og 7,2 rebounds. I kamp 7 i NBA-finalen mod Boston Celtics scorede Gasol 19 point (6-16 FGM-A, 7-13 FTM-A), tog 18 rebounds og lavede to blokeringer, da Lakers blev mester igen. I 2010 blev han af Sporting News kåret som den 15. klogeste atlet inden for sport.
I 2010 blev Gasol udfordret af Lakers-træner Phil Jackson til at være mere selvsikker, mens Bryant kom sig efter en knæoperation uden for sæsonen, og Gasol startede sæsonens første uge med et gennemsnit på 25,3 point ved 52,5 procent skud, 10,3 rebounds og fem assists pr. kamp, da Lakers startede 3-0. Han blev udnævnt til ugens spiller i den vestlige konference. Han blev valgt til All-Star for tredje gang i træk, og hans sæsongennemsnit på 19 point og 10 rebounds var næsten identisk med det, han havde præsteret som Laker i de foregående tre sæsoner. Pau’s spil fortjente også, at han for første gang i sin karriere blev udnævnt til All-NBA-anfører for andet hold. I slutspillet nåede Gasol kun op på 13 point i gennemsnit med et skudforbrug på 42 % i løbet af 10 kampe, og Lakers blev slået af Dallas Mavericks i anden runde. Gasol havde den dårligste præstation i sin karriere i eftersæsonen. Lakers Hall of Famer og ESPN-analytiker Magic Johnson nævnte Gasol som en mulig handelsmulighed for Lakers for at erhverve Magic-centeren Dwight Howard. Gasol ignorerede de falske rapporter om hans forholdsstatus med sin kæreste som årsag til sine dårlige præstationer og har accepteret kritikken af hans spil som værende berettiget. I løbet af NBA-sæsonen 2011-12 blev Gasol og holdkammeraten Lamar Odom udsat for handelsrygter, der involverede den tidligere New Orleans Hornets-guard Chris Paul. Efter at handlen faldt til jorden, svor Gasol, at det ikke ville påvirke den måde, han spillede på. Odom var på den anden side vred på Laker-organisationen og blev handlet til NBA-mesteren Dallas Mavericks i 2010-11 for et fremtidigt førstevalg i første runde. Efter at Lakers’ medkaptajn Derek Fisher blev handlet i marts 2012, sluttede Gasol sig til Bryant som medkaptajner for holdet. Han vandt i 2011-12 sæsonen NBA Community Assist Award.
Efter en 1-4 start på sæsonen 2012-13 skiftede Lakers cheftræner Mike Brown ud med Mike D’Antoni. Gasol havde det svært efter syv kampe under D’Antoni, hvor han i gennemsnit lavede 10,1 point og 8,0 rebounds, mens han skød 38,8 procent, og han blev sat på bænken i fjerde quarter i flere kampe. Holdet havde problemer med at få Gasol involveret i D’Antonis offensiv, som historisk set ikke havde haft postspillere, der spillede forward. Gasol lå kun på en 27. plads i ligaen i post-up point med 2,7 pr. kamp, hvilket er et fald fra tidligere sæsoner, hvor han lå på femtepladsen i 2010-11 og på niendepladsen i 2011-12. Den 18. november 2012, i en sejr mod Houston Rockets, scorede Gasol sit 15.000. point i karrieren. Gasol har været plaget af seneskedehindebetændelse i begge knæ siden træningslejren og sad ude i otte kampe i december, før han vendte tilbage til startopstillingen. Senere blev han diagnosticeret med fasciitis plantaris, men fortsatte med at spille. General manager Mitch Kupchak fortalte Lakers-season-ticketholdere, at holdet havde brug for Gasol til at være mere involveret. Den 7. januar 2013 fik Gasol et slag i ansigtet af Denvers JaVale McGee i fjerde quarter i et 112-105-nederlag. Han pådrog sig en hjernerystelse, hvilket tvang ham til at gå glip af de næste fem kampe. I sin første kamp tilbage kom han fra bænken efter at have startet sine første 345 kampe med Lakers. I den næste kamp vendte han tilbage til startopstillingen og scorede 25 point mod Toronto, hvilket kun var hans anden 20-pointskamp i sæsonen. I den næste kamp den 21. januar flyttede D’Antoni imidlertid Gasol til en reserverolle og satte Earl Clark på banen, en ændring, som træneren anså for permanent. Den 5. februar mod Brooklyn Nets rev Gasol fascia plantaris i sin højre fod over. Gasol havde fået en forstrækning af fasciaen i første halvleg, men spillede igennem ømheden, indtil han mærkede, at den sprang, da han forsøgte at blokere et skud fra Brook Lopez mod slutningen af kampen. Han vendte tilbage over seks uger senere den 22. marts efter at have misset 20 kampe, og D’Antoni bragte ham tilbage i startopstillingen i stedet for Clark. Efter en tilpasningsperiode på to kampe var Gasols spil solidt, og Bryant insisterede på, at Gasol skulle modtage bolden i indlæg. D’Antoni udtalte, at Gasol havde spillet godt siden januar, og tilskrev forwardens tidligere kampe skader og holdets offensive system under udvikling. “Jeg har meget mere tillid til ham nu, og han spiller fantastisk”, sagde D’Antoni. Han sluttede sæsonen med karrierens laveste antal point (13,7) og en lav scoringsprocent (.466), og hans rebounds (8,6) var hans laveste siden hans første sæson i Los Angeles. Han blev begrænset til karrierens laveste antal kampe i 49 kampe. Han havde dog tre triple-doubles i sine sidste syv kampe, herunder i slutspillet.
Gasol skyldtes 19,3 millioner dollars i 2013-14 i det sidste år af sin kontrakt, som kostede Lakers omkring 50 millioner dollars inklusive luksusskatter. Han blev free agent efter sæsonen.
Chicago Bulls (2014-2016)
Den 18. juli 2014 skrev Gasol under med Chicago Bulls. Han sagde, efter at han blev præsenteret: “Det var en mavefornemmelse. Jeg troede, at Chicago ville være det bedste sted for mig. Det er en stor udfordring, men jeg er drevet af udfordringer. Jeg ser frem til det.”
Den 1. januar 2015 noterede Gasol sig for karrierens højeste antal af 9 blokeringer sammen med 17 point og 9 rebounds i en sejr på 106-101 over Denver Nuggets. Ti dage senere scorede han karrierehøjde 46 point på 17 ud af 30 skud i en 95-87-sejr over Milwaukee Bucks. Den 9. april 2015 noterede han sig for sæsonens 51. double-double i ligaen med 16 point og 15 rebounds i en 89-78-sejr over Miami Heat. Han noterede sin 54. double-double i sæsonen i sæsonens finale den 15. april mod Atlanta Hawks for at slutte som ligaens førende i double-doubles i 2014-15.
Den 5. december 2015 blev Gasol den 116. spiller til at nå 1.000 kampe i den regulære sæson. Han lavede 13 point og 11 rebounds mod Charlotte Hornets for sin niende double-double i sæsonen. Den 25. januar 2016 lavede han sin første double-double i karrierens første quarter med 13 point og 10 rebounds. Han sluttede kampen med 19 point og 17 rebounds, da Bulls blev besejret af Miami Heat med 89-84. Den 9. februar blev Gasol udnævnt som Jimmy Butlers afløser på Eastern Conference All-Star-truppen for 2016. Den 27. februar lavede han sin ottende triple-double i karrieren og den første som Bull med 22 point, 16 rebounds og karrierens højeste antal af 14 assists i et 103-95-nederlag til Portland Trail Blazers. Som 35-årig blev han den ældste spiller til at lave en triple-double, siden Kobe Bryant gjorde det som 36-årig i 2014. Den 7. marts lavede han sin anden triple-double i sæsonen med 12 point, 17 rebounds og 13 assists i en 100-90-sejr over Milwaukee Bucks og blev dermed blot den fjerde spiller på 35 år eller derover med flere triple-doubles i en sæson, sammen med Jason Kidd, Kobe Bryant og Paul Pierce. Den 2. april, i et nederlag til Detroit Pistons, blev han den 38. NBA-spiller til at nå 10.000 rebounds i karrieren. Han blev også den 36. med 10.000 point og 10.000 rebounds.
San Antonio Spurs (2016-2019)
Den 14. juli 2016 skrev Gasol under med San Antonio Spurs. Den 11. november 2016 havde han sæsonhøjdepunktet med 21 point og seks assists i en 96-86-sejr over Detroit Pistons. Den 19. januar 2017 blev han udelukket på ubestemt tid efter at have brækket sin venstre ringfinger under opvarmningen før kampen tidligere samme aften. Han blev opereret dagen efter for at reparere et brud på sin venstre fjerde metacarpal. Den 24. februar 2017, i en 105-97 sejr over Los Angeles Clippers, havde Gasol 17 point og 11 rebounds fra bænken i sin tilbagevenden efter 15 spilledages fravær på grund af fingerskaden. Den 12. april 2017 scorede Gasol 13 point for at nå 20.000 point i karrieren i et 101-97-finalenederlag i den regulære sæson mod Utah Jazz og blev dermed den anden europæiske spiller til at nå dette mål efter Dirk Nowitzki.
Den 24. juli 2017 genindgik Gasol kontrakt med Spurs. Den 20. december 2017 lavede han 20 point og et sæsonhøjde på 17 rebounds i en 93-91-sejr over Portland Trail Blazers. Den 23. december 2017 lavede han sin 10. triple-double i karrieren med 14 point, 11 rebounds og sæsonhøjde 10 assists i en 108-99 sejr over Sacramento Kings. Den 26. december 2017 i en 109-97-sejr over Brooklyn Nets samlede Gasol sin 10.817. rebound, hvilket bragte ham forbi Jack Sikma på 30. pladsen i ligaens historie. Den 26. januar 2018, i et 97-78-nederlag til Philadelphia 76ers, blev Gasol den 34. spiller i NBA’s historie til at spille 40.000 karriereminutter. Den 25. marts 2018 lavede han 22 point på 10 ud af 15 skud og tog 13 rebounds i et 106-103-nederlag til Milwaukee Bucks.
Efter at have været med i de første ni kampe i 2018-19-sæsonen missede Gasol de næste 26 kampe med et stressbrud i højre fod. Den 1. marts 2019 blev han frigivet af Spurs i en buyout-aftale.
Milwaukee Bucks (2019)
Den 3. marts 2019 skrev Gasol under med Milwaukee Bucks. Han spillede i tre kampe for Bucks. Den 23. marts blev det rapporteret, at Bucks forventede, at Gasol ville gå glip af den næste måned på grund af en skade i venstre ankel. Gasols skade afsluttede hans sæson. Han kunne ikke spille i slutspillet og blev opereret i sin skadede fod den 9. maj 2019.
Portland Trail Blazers (2019)
Den 25. juli 2019 skrev Gasol under med Portland Trail Blazers. Den 20. november blev han waived af Trail Blazers uden at have spillet en kamp for holdet.
Comebackforsøg
Den 9. december 2020 udtrykte Gasol et ønske om at vende tilbage til NBA og nævnte en tilbagevenden til Lakers som sin drømmedestination, så han kunne spille med sin bror Marc.
Tur tilbage til FC Barcelona
Den 23. februar 2021 vendte Gasol tilbage til Spanien for at spille i Liga ACB-klubben FC Barcelona.