Memphis Grizzlies (2001-2008)
A Grizzliesnél töltött első szezonjában Gasol lett az első külföldi játékos, aki elnyerte az NBA Év Újonca díjat, és bekerült az NBA All-Rookie First Teambe. Meccsenként 17,6 pontot és 8,9 lepattanót átlagolt, és ő volt az egyetlen csapattag, aki abban a szezonban mind a 82 mérkőzésen pályára lépett. Gasol a Grizzliesnél töltött második évében a csapat pontlistáját vezette (19,0 pont/meccs), és második egymást követő évben mind a 82 mérkőzésen pályára lépett. Gasol harmadik évében, 2004. április 5-én lábsérülés miatt kihagyta pályafutása első mérkőzését, amivel megszakadt a 240 egymást követő mérkőzésből álló sorozata. 2003. november 12-én, az Orlando Magic ellen szerezte meg pályafutása 1500. lepattanóját, 2003. október 31-én, a Boston Celtics ellen pedig megszerezte pályafutása 3000. pontját. Annak ellenére, hogy a San Antonio Spurs elleni 4. mérkőzésen 22 pontot szerzett, ami a Memphis játékosának legmagasabb pontja volt a rájátszásban, csapata már az első körben kiesett, mivel egyetlen meccset sem nyert a San Antonio ellen. Ez volt mind a Grizzlies, mind Gasol első útja az NBA rájátszásában. 2005. január 11-én, az Indiana Pacers ellen 31 pontot dobott és négy dobást blokkolt, amivel 5000 pontot és 500 blokkot szerzett pályafutása során, ezzel a 10. leggyorsabb játékos lett, aki 1973-74 óta elérte az 5000 pont/500 blokkot. Pályafutása során másodszor is bejuttatta csapatát a rájátszásba, de az első körben kiestek, és egyetlen meccset sem nyertek a Phoenix Suns ellen.
A Grizzliesnél töltött ötödik évében, március 24-én a New York Knicks ellen a franchise minden idők legjobb lepattanózója lett, amikor a Grizzlies mezében leszedte 3072. lepattanóját. Január 24. és 28. között zsinórban 29 büntetőt dobott, amivel a Grizzlies történetének második legjobb mutatóját érte el, köztük két egymást követő mérkőzésen 12-12-t dobott a vonalról, amivel a franchise történetének legjobb egymeccses mutatóját érte el. Gasol és a Grizzlies az ő és csapata történetében harmadszor jutott vissza a rájátszásba. Ismét kiestek az első körben, és egyetlen meccset sem nyertek a Dallas Mavericks ellen.
2006. február 9-én, első fellépésén Gasolt beválasztották a 2006-os NBA All-Star Game-be a texasi Houstonban, mint a nyugati konferencia tartalék centerét. Ekkor egyike volt annak a négy játékosnak, akik a nyugati konferencia csatárai közül az első tízben voltak a pontok, lepattanók, asszisztok és blokkolt dobások tekintetében. Ő volt az első spanyol kosárlabdázó, valamint az első Grizzlies játékos, aki valaha bekerült az All-Star Game-be.
Gasol kihagyta a 2006-07-es NBA szezon első 23 mérkőzését, mivel a 2006-os FIBA világbajnokságon Spanyolország Argentína ellen megnyert elődöntőjének vége felé lábtörést szenvedett. Ő lett a torna legértékesebb játékosa, amelyet Spanyolország nyert meg. Január 29-én a Sacramento Kings ellen 34 pontot (a legtöbbet a Grizzlyktől abban a szezonban) és nyolc lepattanót szerzett, valamint nyolc blokkjával karriercsúcsot és franchise-rekordot állított fel, január 31-én pedig a Dallas Mavericks ellen megelőzte Shareef Abdur-Rahimot a franchise büntetőkísérletek listáján. Február 6-án a Houston Rockets ellen a franchise minden idők legjobb mezőnydobója lett, február 7-én pedig a Dallas ellen a franchise minden idők legjobb játékperce lett. 2007. március 7-én, a Toronto Raptors elleni mérkőzésen megelőzte Shareef Abdur-Rahimot (7801 pont), mint a Grizzlies minden idők legjobb pontszerzője (akkor 7809 pont). 2007. január 24-én Gasol karrierje második tripla-dupláját jegyezte a vendéglátó Utah Jazz ellen, 17 pontot, 13 lepattanót és 12 asszisztot gyűjtve. Emellett 2 blokkot és egy labdalopást is jegyzett.
2008. február 1-jén a Memphis elcserélte Gasolt a Los Angeles Lakershez egy 2010-es második körös draftjoggal együtt Kwame Brownért, Javaris Crittentonért, Aaron McKie-ért, Marc Gasol (Pau öccse) jogaiért, valamint 2008-as és 2010-es első körös draftjogokért. A cserét némi vita övezte. Chris Wallace egy ESPN-cikkben tagadta, hogy Michael Heisley tulajdonos utasítást adott volna neki arra, hogy a Grizzlies vonzóbbá váljon egy potenciális vevő számára. Wallace azt mondta: “Senki nem gyakorolt rám nyomást, hogy ezt tegyem, és Michael Heisley valójában vonakodott Pau elcserélésétől”. Azt is elmondta, hogy egy ideje már “trollkodtak” a vízen, és több csapattal is tárgyaltak. Azért választotta a Lakers-üzletet, mert “ennél jobbat nem lehetett volna”. Amikor Gasol távozott a Grizzlies-től, tizenkét franchise-rekordot tartott, köztük a lejátszott mérkőzések, a játékpercek, a bedobott mezőnygólok, a bedobott és megkísérelt büntetők, a támadó-, védő- és összesített lepattanók, a blokkolt dobások, az eladott labdák és a pontok számát. A meccsenkénti statisztikák szerint ő vezeti a Memphist a védekező és az összes lepattanó, valamint a blokkolt dobások tekintetében.
Los Angeles Lakers (2008-2014)
Február 5-én Gasol a New Jersey Nets elleni mérkőzésen lépett először pályára a Lakersben, melyen 24 pontot és 12 lepattanót szerzett a Nets 105-90-es győzelménél. Március 14-én Gasol kificamította a bokáját a New Orleans Hornets elleni mérkőzésen, amikor az első negyedben rálépett csapattársa, Vladimir Radmanović lábára. Gasol várhatóan kihagyja a Lakers útjának hátralévő három mérkőzését, miután a röntgenvizsgálat negatív eredményt hozott. Gasol április 2-án, a Portland Trail Blazers ellen tért vissza a kezdőcsapatba, és közel harminckét percet játszott, 10 pontot, hat lepattanót és hét asszisztot jegyzett. Elismerte, hogy korlátozottan érzi magát, mivel a bokája még mindig duzzadt. Gasol segített a Lakersnek abban, hogy a nyugati konferencia legjobb mérlegével (57-25) zárja az alapszakaszt, vele a kezdőben a Lakers 22-5-re végzett. Kobe Bryant is azt nyilatkozta, hogy a Gasollal való játék kezdettől fogva kattogott.
A Lakers első rájátszásbeli mérkőzésén 36 pontot, 16 lepattanót, 8 asszisztot és 3 blokkolt dobást tett hozzá. Amikor a Lakers az első körben lesöpörte a Denver Nuggetset, Gasol négy próbálkozás után először jutott be a második körbe. Előző csapata, a Grizzlies zsinórban második éve nem jutott be a rájátszásba. A Utah Jazz elleni 6. mérkőzésen 17 ponttal és 13 lepattanóval járult hozzá ahhoz, hogy a Lakers bejusson a konferenciadöntőbe. Május 31-én a San Antonio Spurs elleni sorozat döntőjében 19 lepattanót jegyzett, és ő lett az első spanyol, aki bejutott az NBA döntőjébe. Gasol a 2008-as döntőben a Boston Celtics ellen meccsenként 14,7 pontot dobott 0,532-es dobóteljesítménnyel, ami elmaradt az alapszakaszban elért 18,9-es pontátlagától, viszont a bajnoki sorozatban meccsenként 10,2 lepattanóval vezette a Lakerst, ami magasabb volt az alapszakaszban elért 8,4-es átlagánál. A Los Angeles hat mérkőzésen veszített a Boston ellen a döntőben, köztük a 6. mérkőzésen 131-92-re. A rájátszásban Gasol volt a Lakers második legjobbja pontokban (16,9), lepattanókban (9,3) és meccsenkénti asszisztokban (4,0). Ő vezette a meccsenkénti blokkok számát (1,90), és Lamar Odommal holtversenyben a legtöbb dupla-duplát szerezte a szezon után (10).
2009. január 2-án, a Utah Jazz elleni győzelem alkalmával Gasol megszerezte karrierje 10.000. pontját. Gasol a 2008-09-es NBA-szezonban a nyugati konferencia csapatának tartalékjaként szerezte meg második All-Star-szereplését, az elsőt Lakers-ként. A nyugati konferencia hónapjának játékosává is megválasztották, miután februárban 11-2-es mérleggel segítette a Lakerst, amely a Boston és a Cleveland elleni idegenbeli győzelmeket is magába foglalta. Az alapszakaszt 18,9 pontos, 9,6 lepattanós, 3,5 asszisztos és 1 blokkos meccsenkénti átlaggal zárta. Gasol ezután megnyerte első NBA bajnoki gyűrűjét, amikor a Lakers legyőzte az Orlando Magicet a 2009-es döntőben.
2009. december 24-én Gasol 3 éves hosszabbítást írt alá a Lakersszel 64,7 millió dollár értékben. Gasol a nyugati konferencia tartalékjaként megszerezte harmadik All-Star szereplését, és 18,3 pontos, 11,3 lepattanós, 3,4 asszisztos és 1,7 blokkos átlaggal zárta az alapszakaszt. Az első kör 6. mérkőzésén Gasol 18 lepattanót szedett le, és az utolsó másodperces visszatámadásával kiejtette az Oklahoma City Thundert. A Utah Jazz elleni konferencia-elődöntőben 23,5 pontot és 14,5 lepattanót átlagolt, végül a Phoenix Suns elleni konferencia-döntőben 19,7 pontot és 7,2 lepattanót átlagolt. A Boston Celtics elleni NBA-döntő 7. mérkőzésén Gasol 19 pontot dobott, (6-16 FGM-A, 7-13 FTM-A) 18 lepattanót szedett és két blokkot jegyzett, a Lakers pedig megismételte bajnoki címét. 2010-ben a Sporting News a sportág 15. legokosabb sportolójának választotta.
A Lakers edzője, Phil Jackson felszólította, hogy legyen határozottabb, amíg Bryant felépül a szezonon kívüli térdműtétből, Gasol a szezon első hetében meccsenként 25,3 pontot átlagolt 52,5 százalékos dobószázalékkal, 10,3 lepattanót és öt asszisztot, miközben a Lakers 3-0-val kezdett. Őt választották a hét nyugati konferencia játékosának. Zsinórban harmadik All-Star-választását érdemelte ki, 19 pontos és 10 lepattanós szezonátlaga pedig szinte megegyezett azzal, amit az előző három szezonban Lakersként hozott. Pau játékával pályafutása során először érdemelte ki az All-NBA második csapatának elismerését is. A rájátszásban Gasol 10 meccsen mindössze 13 pontot átlagolt 42%-os dobószázalékkal, a Lakerst pedig a Dallas Mavericks söpörte el a második körben. Gasol pályafutása legrosszabb szezon utáni teljesítményét nyújtotta. A Lakers Hall of Famer és az ESPN elemzője, Magic Johnson Gasolt említette, mint lehetséges cserelehetőséget a Lakers számára, hogy megszerezze a Magic centerét, Dwight Howardot. Gasol figyelmen kívül hagyta a barátnőjével való kapcsolati státuszáról szóló hamis híreket, mint gyenge teljesítményének okát, és elfogadta a játékát ért kritikákat, mint jogosakat. A 2011-12-es NBA-szezonban Gasol és csapattársa, Lamar Odom is érintett volt a New Orleans Hornets korábbi irányítóját, Chris Pault érintő cserepletykákban. Miután a csere meghiúsult, Gasol megfogadta, hogy ez nem befolyásolja a játékát. Odom viszont dühös volt a Lakers szervezetére, és elcserélték a 2010-11-es NBA-bajnok Dallas Maverickshez egy jövőbeli első körös választásért cserébe. Miután Derek Fishert, a Lakers társ-kapitányát 2012 márciusában elcserélték, Gasol csatlakozott Bryanthez, mint a csapat társ-kapitánya. A 2011-12-es szezonban elnyerte az NBA közösségi asszisztensi díját.
A 2012-13-as szezon 1-4-es rajtja után a Lakers Mike Brown vezetőedzőt Mike D’Antonira cserélte. Gasol hét meccs után D’Antoni alatt is küszködött, 10,1 pontot és 8,0 lepattanót átlagolt 38,8 százalékos dobószázalék mellett, és több meccsen is a kispadra ültették a negyedik negyedben. A csapatnak nehézségei voltak Gasolt bevonni D’Antoni támadójátékába, amelyben történelmileg nem játszottak posztjátékosok előre. Gasol csak a 27. helyen állt a ligában a post-up pontok terén, meccsenként 2,7 ponttal, ami elmaradt a korábbi szezonoktól, amikor 2010-11-ben az ötödik, 2011-12-ben pedig a kilencedik volt. 2012. november 18-án, a Houston Rockets elleni győzelem alkalmával Gasol megszerezte pályafutása 15 000. pontját. Az edzőtábor óta mindkét térdében ínhüvelygyulladással bajlódó Gasol decemberben nyolc mérkőzést ült ki, mielőtt visszatért volna a kezdőcsapatba. Később plantáris fasciitist diagnosztizáltak nála, de folytatta a játékot. Mitch Kupchak általános igazgató azt mondta a Lakers bérlettulajdonosainak, hogy a csapatnak nagyobb szükségük van Gasolra. 2013. január 7-én Gasol a 112-105-ös vereség negyedik negyedében kapott egy ütést az arcára a denveri JaVale McGee-től. Agyrázkódást szenvedett, ami miatt a következő öt mérkőzést ki kellett hagynia. Első visszatérő mérkőzésén a kispadról érkezett, miután az első 345 mérkőzésén kezdett a Lakersben. A következő mérkőzésen visszatért a kezdőcsapatba, és 25 pontot szerzett a Toronto ellen, ami mindössze a második 20 pontos meccse volt a szezonban. A következő, január 21-i mérkőzésen azonban D’Antoni tartalékos szerepkörbe helyezte Gasolt, és Earl Clarkot kezdte, amit az edző véglegesnek tekintett. Február 5-én a Brooklyn Nets ellen Gasolnak elszakadt a jobb lábfejének talpi szalagja. Gasolnak már az első félidőben meghúzódott a fascia, de átjátszotta a fájdalmat, amíg a meccs vége felé, amikor megpróbálta blokkolni Brook Lopez egyik dobását, ki nem pattant. Több mint hat héttel később, március 22-én tért vissza, miután 20 meccset kihagyott, és D’Antoni visszatette őt a kezdőcsapatba Clark helyett. Egy kétmeccses átigazolási időszak után Gasol játéka stabil volt, és Bryant ragaszkodott ahhoz, hogy Gasol kapja a labdát a poszton. D’Antoni kijelentette, hogy Gasol január óta jól játszik, és az irányító korábbi nehézségeit a sérüléseknek és a csapat fejlődő támadórendszerének tulajdonította. “Most már sokkal jobban bízom benne, és remekül játszik” – mondta D’Antoni. A szezont karrierje legalacsonyabb pont- (13,7) és mezőnymutatóval (.466) zárta, a lepattanózása (8,6) pedig az első Los Angeles-i szezonja óta a legalacsonyabb volt. Karrierje legkevesebb 49 meccsére korlátozódott. Az utolsó hét meccsén azonban három tripla-duplája volt, beleértve a rájátszást is.
Gasolnak 2013-14-ben 19,3 millió dollárral tartozott szerződése utolsó évében, ami a luxusadókkal együtt mintegy 50 millió dollárjába került a Lakersnek. A szezon után szabadügynök lett.
Chicago Bulls (2014-2016)
2014. július 18-án Gasol aláírt a Chicago Bullshoz. Azt mondta, miután bemutatták: “Ez egy megérzés volt. Úgy gondoltam, hogy Chicago lesz a legmegfelelőbb számomra. Nagy kihívás, de engem a kihívás hajt. Alig várom.”
2015. január 1-jén Gasol 17 pont és 9 lepattanó mellett 9 blokkot jegyzett karrierje legjobbjaként a Denver Nuggets elleni 106-101-es győzelem alkalmával. Tíz nappal később a Milwaukee Bucks elleni 95-87-es győzelem alkalmával karriercsúcsot jelentő 46 pontot szerzett 17-30-as dobóteljesítménnyel. 2015. április 9-én a Miami Heat elleni 89-78-as győzelem alkalmával 16 ponttal és 15 lepattanóval a liga 51. dupla-dupláját jegyezte a szezonban. Április 15-én, az Atlanta Hawks elleni alapszakasz-döntőn elkönyvelte 54. dupla-dupláját a szezonban, amivel a liga vezetője lett a 2014-15-ös szezonban a dupla-duplák tekintetében.
2015. december 5-én Gasol lett a 116. játékos, aki elérte az 1000 alapszakaszmeccset. A Charlotte Hornets ellen 13 pont és 11 lepattanó volt a kilencedik dupla-duplája a szezonban. 2016. január 25-én 13 ponttal és 10 lepattanóval karrierje első első negyedbeli dupla-dupláját jegyezte. A mérkőzést 19 ponttal és 17 lepattanóval fejezte be, mivel a Bulls 89-84-re kikapott a Miami Heattől. Február 9-én Gasolt nevezték ki Jimmy Butler helyére a 2016-os Keleti Konferencia All-Star csapatába. Február 27-én a Portland Trail Blazers elleni 103-95-ös vereség alkalmával 22 ponttal, 16 lepattanóval és 14 assziszttal karrierje nyolcadik tripla-dupláját és Bullként az elsőt jegyezte. 35 évesen ő lett a legidősebb játékos, aki tripla-duplát ért el, mióta Kobe Bryant 2014-ben 36 évesen megtette ezt. Március 7-én a Milwaukee Bucks elleni 100-90-es győzelem alkalmával 12 ponttal, 17 lepattanóval és 13 assziszttal a szezon második tripla-dupláját jegyezte, ezzel mindössze a negyedik 35 éves vagy idősebb játékos lett, aki egy szezonban több tripla-duplát ért el, Jason Kidd, Kobe Bryant és Paul Pierce mellett. Április 2-án, a Detroit Pistons elleni vereség alkalmával ő lett a 38. NBA-játékos, aki elérte a 10 000 lepattanót karrierje során. Emellett ő lett a 36. 10.000 ponttal és 10.000 lepattanóval rendelkező játékos.
San Antonio Spurs (2016-2019)
2016. július 14-én Gasol aláírt a San Antonio Spurshöz. 2016. november 11-én 21 ponttal és 6 assziszttal szezoncsúcsot ért el a Detroit Pistons elleni 96-86-os győzelem alkalmával. 2017. január 19-én határozatlan időre kiesett, miután aznap este a meccs előtti bemelegítés során eltörte a bal gyűrűsujját. Másnap megműtötték, hogy helyrehozzák a bal negyedik kézközépcsontjának törését. 2017. február 24-én, a Los Angeles Clippers elleni 105-97-es győzelem alkalmával Gasol 17 pontot és 11 lepattanót szerzett a padról, amikor visszatért az ujjsérülés miatti 15 meccses kihagyás után. 2017. április 12-én Gasol 13 pontjával elérte a 20.000 karrierpontot a Utah Jazz elleni 101-97-es alapszakasz-záró mérkőzésen, ezzel ő lett a második európai játékos, aki elérte ezt a határt Dirk Nowitzki után.
2017. július 24-én Gasol újra aláírt a Spurshöz. 2017. december 20-án 20 pontot és 17 lepattanót szerzett a Portland Trail Blazers elleni 93-91-es győzelem alkalmával. 2017. december 23-án karrierje 10. tripla-dupláját jegyezte 14 ponttal, 11 lepattanóval és szezoncsúcsot jelentő 10 assziszttal a Sacramento Kings elleni 108-99-es győzelem alkalmával. 2017. december 26-án, a Brooklyn Nets elleni 109-97-es győzelem alkalmával Gasol begyűjtötte 10 817. lepattanóját, amivel megelőzte Jack Sikmát a liga történetének 30. helyén. 2018. január 26-án, a Philadelphia 76ers elleni 97-78-as vereség alkalmával Gasol lett az NBA történetének 34. játékosa, aki 40 000 percet játszott karrierje során. 2018. március 25-én a Milwaukee Bucks elleni 106-103-as vereség alkalmával 22 pontot dobott 10-ből 15-ből és 13 lepattanót szedett le.
A 2018-19-es szezon első kilenc mérkőzésén való szereplés után Gasol a következő 26 mérkőzést kihagyta a jobb lábfejében bekövetkezett terheléses törés miatt. 2019. március 1-jén a Spurs egy kivásárlási megállapodás keretében elengedte.
Milwaukee Bucks (2019)
2019. március 3-án Gasol aláírt a Milwaukee Buckshoz. Három mérkőzésen játszott a Bucks színeiben. Március 23-án jelentették, hogy a Bucks arra számít, hogy Gasol a következő egy hónapot kihagyja bal bokasérülése miatt. Gasol sérülése véget vetett a szezonjának. Nem tudott játszani a rájátszásban, és 2019. május 9-én megműtötték a sérült lábát.
Portland Trail Blazers (2019)
2019. július 25-én Gasol aláírt a Portland Trail Blazershez. November 20-án a Trail Blazers lemondott róla anélkül, hogy egy mérkőzésen is játszott volna a csapatban.
Comeback effort
2020. december 9-én Gasol kifejezte vágyát, hogy visszatérjen az NBA-be, és álmai céljaként a Lakershez való visszatérést jelölte meg, hogy együtt játszhasson testvérével, Marc-kal.
visszatérés az FC Barcelonához
2021. február 23-án Gasol visszatért Spanyolországba, hogy a Liga ACB klubban, az FC Barcelonában játsszon
.