Korai évek
Pachulia korán kezdett kosárlabdázni Grúziában. 13 éves korában körülbelül 2,03 méteres (6 láb 8 hüvelyk) volt. 13 éves korában a török Ülkerspor profi csapat felderítette és beszervezte, amikor tinédzser volt. Fiatalon a grúz junior kosárlabda válogatott tagja lett, és különböző tornákon vezette őket.
NBA
Miután kitűnt az Ülkersporral, Pachuliát a második körben draftolta az Orlando Magic a 2003-as NBA draft során. Miután a 2004-es bővítési drafton a Charlotte Bobcats kiválasztotta, elcserélték a Milwaukee Buckshoz, ahol a 2004-05-ös szezont játszotta. A Bucksnál Pachulia 6,2 pontot és 5,1 lepattanót átlagolt meccsenként a padról.
Pachulia a 2005-ös holtszezonban szerződést kötött az Atlanta Hawksnál és a Hawks kezdő centere lett, amikor a 2005-06-os szezonban 11,7 pontot és 7,9 lepattanót átlagolt mérkőzésenként. A 2006-07-es szezonban kezdő centerként kezdett, de később a kispadról került be. A viszonylag ismeretlen Pachulia és a Celtics sztárja, Kevin Garnett között a pályán történt veszekedés miatt az egyik író a Rocky-filmsorozat főszereplője után “Balboa” néven emlegette Pachuliát. Pachulia 2009. július 13-án írt alá újra a Hawkshoz, többéves szerződést kötve.
A 2011-es NBA lockout alatt Pachulia a török kosárlabda ligában szereplő Galatasarayhoz szerződött. Később, 2011 decemberében visszatért a Hawkshoz.
2013. július 17-én Pachulia aláírt a Milwaukee Buckshoz. 2015. március 20-án 22 pontot és 21 lepattanót jegyzett a Brooklyn Nets elleni 129-127-es hosszabbításos vereség alkalmával. A 21 lepattanó között 18 támadólepattanó volt, ami NBA-szezoncsúcsot és Bucks franchise-rekordot jelentett.
2015. július 9-én Pachuliát elcserélték a Dallas Maverickshez egy jövőbeli második körös választásért cserébe. A Mavericksben október 28-án debütált a csapat szezonnyitóján a Phoenix Suns ellen, ahol 10 pontos és 10 lepattanós dupla-duplát ért el a 111-95-ös győzelem során. December 26-án a Chicago Bulls ellen 17 ponttal és 12 lepattanóval 16. dupla-dupláját jegyezte a szezonban, amivel felülmúlta a 2014-15-ös szezonban elért eredményét. 2016. január 12-én a Cleveland Cavaliers elleni 110-107-es hosszabbításos vereség alkalmával 14 ponttal és 12 lepattanóval a 20. dupla-dupláját jegyezte a szezonban, és a 100. dupláját pályafutása során. Még ugyanebben a hónapban 14 227 szavazaton belülre került ahhoz, hogy kiüsse a San Antonio Spurs kiscsatárát, Kawhi Leonardot a 2016-os NBA All-Star Game nyugati All-Star csapatában való indulásért. 2016. február 3-án a Miami Heat ellen 10 pontot és 15 lepattanót jegyzett, ami karrierje 22. dupla-duplája volt a szezonban. Az előző legjobbja 21 dupla-duplája volt, amit 2005-06-ban az Atlantával ért el.
2016. július 12-én Pachulia aláírt a Golden State Warriorshoz. 2016. december 22-én a Brooklyn Nets elleni 117-101-es győzelem alkalmával 15 ponttal és 14 lepattanóval szezoncsúcsot ért el. Pachulia segítségével a Warriors 67 győzelemmel zárta a 2016-17-es alapszakaszt. A Spurs elleni Nyugati Konferencia-döntő 1. mérkőzésén a Spurs elleni hírhedt closeout lábcsúszása volt Kawhi Leonardon, ami kizárta Leonardot a sorozat hátralévő részére, és gyakorlatilag véget vetett a San Antonio szezonjának. Bár Pachulia tagadta, hogy szándékosan meg akarta volna sérteni Leonardot, a közvélemény és a média azonnal gonosztevőnek titulálta. A Warriors megnyerte a 2017-es NBA-bajnokságot, miután 4-1-re legyőzte a Cavalierst az NBA-döntőben. Pachulia történelmet írt Grúzia számára azzal, hogy ő lett az első játékos az országból, aki NBA-bajnokságot nyert. A Warriors 16-1-es mérleggel zárta a rájátszást, ami az NBA történetének legjobb utószezonbeli győzelmi mutatója.
2017. július 25-én Pachulia újra aláírt a Warriorshoz. 2017. december 30-án a Memphis Grizzlies elleni 141-128-as győzelem során szezoncsúcsot jelentő 17 pontot szerzett nyolc lepattanó és hat assziszt mellett.
2018. február 25-én, a Thunder elleni mérkőzésen Pachulia ismét vitát okozott, amikor egy játék után Russell Westbrook térdére esett. Westbrook a mérkőzés után egy interjúban kijelentette, hogy szerinte Pachulia esése szándékos volt, azzal a szándékkal, hogy megsértse a térdét. Csapattársa, Kevin Durant később megvédte Pachuliát, mondván, hogy az incidens során összekeveredett a lába Nick Younggal, de Pachuliát számos játékos, edző és szakértő kritizálta, például Paul George, Kyrie Irving, Gregg Popovich, és úgy jellemezték az esetet, mint egy újabbat a vitatott piszkos játékok hosszú listáján Pachulia karrierjében. Az NBA hivatalosan kijelentette, hogy nem fogja fegyelmezni Pachuliát az eset miatt. 2018 júniusában Pachulia zsinórban második bajnoki címét nyerte meg a Warriors tagjaként, miután a döntőben négymeccses söpréssel legyőzték a Cavalierst.
2018. július 15-én Pachulia aláírt a Detroit Pistonshoz.
2019. augusztus 29-én Pachulia visszavonult a játéktól, és újra csatlakozott a Warriorshoz, mint front office tanácsadó a kosárlabda műveleti osztályon.