Memphis Grizzlies (2001-2008)
In zijn eerste seizoen bij de Grizzlies werd Gasol de eerste buitenlandse speler die de NBA Rookie of the Year Award won, en werd hij opgenomen in het NBA All-Rookie First Team. Hij had een gemiddelde van 17,6 punten en 8,9 rebounds per wedstrijd, en was ook het enige teamlid dat in alle 82 wedstrijden speelde dat seizoen. Gasol leidde het team in scoren (19.0 punten per wedstrijd) in zijn tweede jaar bij de Grizzlies, en voor het tweede jaar op rij, speelde hij in alle 82 wedstrijden. Gasol miste de eerste wedstrijd van zijn carrière, tijdens zijn derde jaar, met een voetblessure op 5 april 2004, waardoor zijn reeks van 240 opeenvolgende gespeelde wedstrijden werd onderbroken. Hij pakte de 1.500ste rebound uit zijn loopbaan op 12 november 2003 tegen de Orlando Magic en scoorde zijn 3.000ste punt uit zijn loopbaan op 31 oktober 2003 tegen de Boston Celtics. Ondanks 22 punten in Game 4 tegen de San Antonio Spurs, het hoogste aantal van een Memphis-speler in de play-offs, werd zijn ploeg in de eerste ronde uitgeschakeld, zonder ook maar één wedstrijd te winnen tegen San Antonio. Dit was zowel de Grizzlies als Gasol’s eerste trip naar de NBA Playoffs. Hij scoorde 31 punten en blokkeerde vier schoten op 11 januari 2005, tegen de Indiana Pacers om 5.000 punten en 500 blokken in zijn carrière te verdienen, en werd daarmee de 10e snelste speler om 5.000 punten/500 blokken te bereiken sinds 1973-74. Hij hielp zijn team ook voor de tweede keer in zijn carrière de play-offs te halen, maar ze werden in de eerste ronde uitgeschakeld en wonnen geen enkele wedstrijd tegen de Phoenix Suns.
In zijn vijfde jaar bij de Grizzlies werd hij op 24 maart tegen de New York Knicks de grootste rebounder aller tijden toen hij zijn 3.072ste rebound pakte in een Grizzlies-uniform. Hij maakte 29 opeenvolgende vrije worpen van 24 tot 28 januari, het op één na beste resultaat in de geschiedenis van de Grizzlies, waaronder twee opeenvolgende wedstrijden waarin hij 12-12 keer van de lijn ging, het beste resultaat in één wedstrijd in de geschiedenis van de Grizzlies. Gasol en de Grizzlies keerden voor de derde keer in de geschiedenis van hem en zijn team terug naar de play-offs. Opnieuw werden ze in de eerste ronde uitgeschakeld en wonnen geen enkele wedstrijd tegen de Dallas Mavericks.
Op 9 februari 2006, en dat was zijn eerste optreden, werd Gasol geselecteerd om te spelen in de 2006 NBA All-Star Game in Houston, Texas als reserve center voor de Western Conference. Op dat moment was hij een van de vier spelers in de top tien van de Western Conference voorwaartsen in punten, rebounds, assists en geblokkeerde schoten. Hij was de eerste Spaanse basketballer en de eerste Grizzlies-speler die ooit de All-Star Game haalde.
Gasol miste de eerste 23 wedstrijden van het NBA-seizoen 2006-07 door een gebroken voet die hij opliep aan het eind van de halve finale van Spanje tegen Argentinië in het FIBA Wereldkampioenschap 2006. Hij werd uitgeroepen tot Meest Waardevolle Speler van het toernooi, dat Spanje won. Hij had een seizoen-high van 34 punten (het meeste voor een Grizzly dat seizoen), en acht rebounds en maakte een carrière-high en franchise record met acht blocks op 29 januari tegen de Sacramento Kings, en overtrof Shareef Abdur-Rahim als de franchise’s all-time leider in vrije worp pogingen op 31 januari tegen de Dallas Mavericks. Hij werd de all-time franchise leider in gemaakte velddoelpunten op 6 februari tegen de Houston Rockets, en werd de all-time franchise leider in gespeelde minuten op 7 februari in Dallas. Hij overtrof Shareef Abdur-Rahim (7.801 punten) als de Grizzlies’ topscorer aller tijden op 7 maart 2007, tegen de Toronto Raptors (7.809 punten op dat moment). Op 24 januari 2007 registreerde Gasol zijn tweede triple-double uit zijn carrière tegen de gastheer Utah Jazz, met 17 punten, 13 rebounds en 12 assists. Hij registreerde ook 2 blocks en een steal.
Op 1 februari 2008 ruilde Memphis Gasol met de Los Angeles Lakers samen met een 2010 tweede ronde draft pick voor Kwame Brown, Javaris Crittenton, Aaron McKie, de rechten op Marc Gasol (Pau’s jongere broer), en 2008 en 2010 eerste ronde draft picks. Er is enige controverse geweest rond de handel. Chris Wallace ontkende in een ESPN-artikel dat hij opdracht had gekregen van eigenaar Michael Heisley om de Grizzlies aantrekkelijker te maken voor een potentiële koper. Wallace zei: “Niemand heeft me onder druk gezet om dit te doen, en Michael Heisley was eigenlijk terughoudend om Pau te verplaatsen.” Hij zei ook dat ze al een tijdje aan het “trollen” waren en met een aantal teams hadden onderhandeld. Hij koos voor de Lakers-deal omdat “het niet beter kon dan dit.” Toen Gasol de Grizzlies verliet, had hij twaalf franchise records, waaronder gespeelde wedstrijden, gespeelde minuten, gemaakte velddoelpunten, vrije worpen gemaakt en geprobeerd, offensieve, defensieve en totale rebounds, geblokkeerde schoten, turnovers, en punten. Per wedstrijd leidt hij Memphis in defensieve en totale rebounds, samen met geblokkeerde schoten.
Los Angeles Lakers (2008-2014)
Op 5 februari maakte Gasol zijn eerste optreden voor de Lakers in een wedstrijd tegen de New Jersey Nets, waarin hij 24 punten scoorde en 12 rebounds had in een 105-90 overwinning op de Nets. Op 14 maart verstuikte Gasol zijn enkel in een wedstrijd tegen de New Orleans Hornets, toen hij in het eerste kwart op de voet van teamgenoot Vladimir Radmanović stapte. Verwacht werd dat Gasol de resterende drie wedstrijden van de road trip van de Lakers zou missen, nadat röntgenfoto’s negatief bleken. Gasol keerde op 2 april tegen de Portland Trail Blazers terug in de basis en speelde bijna 32 minuten, goed voor 10 punten, 6 rebounds en 7 assists. Hij gaf toe zich beperkt te voelen door de zwelling in zijn enkel die nog steeds aanwezig is. Gasol hielp de Lakers het seizoen af te sluiten met het beste record in de Western Conference (57-25), met hem in de startopstelling werden de Lakers 22-5. Kobe Bryant heeft ook verklaard dat het vanaf het begin klikte met Gasol.
In de openingswedstrijd van de Lakers in de play-offs droeg hij 36 punten, 16 rebounds, 8 assists en 3 geblokkeerde schoten bij. Toen de Lakers de Denver Nuggets in de eerste ronde versloegen, was dat Gasols eerste reis naar de tweede ronde in vier pogingen. Zijn vorige ploeg, de Grizzlies, slaagde er voor het tweede jaar op rij niet in de play-offs te bereiken. Hij droeg 17 punten en 13 rebounds bij in Game 6 tegen de Utah Jazz om de Lakers naar de conference finals te helpen. Op 31 mei sloeg hij een record van 19 rebounds in de beslissende zege tegen de San Antonio Spurs, en werd hij de eerste Spanjaard die de NBA Finals haalde. Gasol scoorde 14,7 punten per wedstrijd met een .532 schot in de 2008 Finals tegen de Boston Celtics, wat lager was dan zijn scoringsgemiddelde van 18,9 tijdens het reguliere seizoen, maar hij leidde de Lakers in rebounding met 10,2 per wedstrijd tijdens de kampioensreeks, een stijging ten opzichte van zijn reguliere seizoensgemiddelde van 8,4. Los Angeles verloor in zes games tegen Boston in de finales, waaronder een 131-92 verlies in Game 6. In de Playoffs was Gasol de op één na grootste Laker in punten (16,9), rebounds (9,3) en assists per game (4,0). Hij was de leider in blocks per game (1.90) en had samen met Lamar Odom de meeste double-doubles (10).
Op 2 januari 2009, in een overwinning tegen de Utah Jazz, scoorde Gasol zijn 10.000ste punt uit zijn carrière. Gasol verdiende zijn tweede All-Star optreden als reserve voor de Western Conference ploeg tijdens het 2008-09 NBA seizoen, zijn eerste als een Laker. Hij werd ook uitgeroepen tot Western Conference Speler van de Maand nadat hij de Lakers had geholpen aan een 11-2 record in de maand februari, waaronder overwinningen op Boston en Cleveland. Hij eindigde het seizoen met een gemiddelde van 18.9 punten, 9.6 rebounds, 3.5 assists en 1 block per wedstrijd. Gasol won zijn eerste NBA-kampioenschap ring toen de Lakers de Orlando Magic versloegen in de 2009 Finals.
Op 24 december 2009, Gasol tekende een 3-jaar verlenging met de Lakers ter waarde van $ 64,7 miljoen. Gasol verdiende zijn derde All-Star optreden als reserve voor de Western Conference en eindigde het reguliere seizoen met gemiddelden van 18,3 punten, 11,3 rebounds, 3,4 assists, en 1,7 blocks. In Game 6 van de eerste ronde pakte Gasol 18 rebounds en zijn putback in de laatste seconde schakelde de Oklahoma City Thunder uit. In de halve finales van de conference tegen de Utah Jazz had hij een gemiddelde van 23,5 punten en 14,5 rebounds, en in de conference finale tegen de Phoenix Suns had hij een gemiddelde van 19,7 punten en 7,2 rebounds. In Game 7 van de NBA Finals tegen de Boston Celtics scoorde Gasol 19 punten, (6-16 FGM-A, 7-13 FTM-A) pakte 18 rebounds en noteerde twee blocks toen de Lakers opnieuw kampioen werden. In 2010 werd hij door Sporting News gekozen tot de 15e slimste atleet in de sport.
Uitgedaagd door Lakers-coach Phil Jackson om assertiever te zijn terwijl Bryant herstelde van een knieoperatie in het tussenseizoen, begon Gasol de eerste week van het seizoen met een gemiddelde van 25,3 punten op 52,5 procent schieten, 10,3 rebounds en vijf assists per wedstrijd, terwijl de Lakers met 3-0 begonnen. Hij werd uitgeroepen tot Western Conference Speler van de Week. Hij verdiende zijn derde All-Star-selectie op rij en zijn seizoensgemiddelde van 19 punten en 10 rebounds was bijna identiek aan wat hij de vorige drie seizoenen als Laker had neergezet. Pau’s spel leverde hem ook voor het eerst in zijn carrière de All-NBA second team honneurs op. In de playoffs scoorde Gasol slechts gemiddeld 13 punten met 42% schot in 10 wedstrijden, en de Lakers werden in de tweede ronde geveegd door de Dallas Mavericks. Gasol had de slechtste prestatie uit zijn carrière in het naseizoen. Lakers Hall of Famer en ESPN-analist Magic Johnson noemde Gasol als een mogelijke handelsoptie voor de Lakers om Magic-centrum Dwight Howard over te nemen. Gasol negeerde de valse berichten over zijn relatiestatus met zijn vriendin als oorzaak van zijn slechte prestaties en heeft de kritiek op zijn spel als terecht geaccepteerd. Tijdens het NBA-seizoen 2011-12 waren Gasol en teamgenoot Lamar Odom het onderwerp van handelsgeruchten over de voormalige New Orleans Hornets guard Chris Paul. Nadat de handel niet doorging, beloofde Gasol dat het zijn manier van spelen niet zou beïnvloeden. Odom, aan de andere kant, was boos op de Laker organisatie en werd verhandeld aan de 2010-11 NBA kampioen Dallas Mavericks voor een toekomstige eerste ronde pick. Nadat Lakers co-captain Derek Fisher werd verhandeld in maart 2012, voegde Gasol zich bij Bryant als co-captains van het team. Hij won in 2011-12 de NBA Community Assist Award.
Na een 1-4 start van het seizoen 2012-13 vervingen de Lakers hoofdcoach Mike Brown door Mike D’Antoni. Gasol had het na zeven wedstrijden onder D’Antoni moeilijk, met een gemiddelde van 10,1 punten en 8,0 rebounds bij een schotpercentage van 38,8 procent, en hij werd in meerdere wedstrijden in het vierde kwart van de wedstrijd op de bank gezet. Het team had moeite om Gasol te betrekken in D’Antoni’s aanval, die van oudsher geen aanvallers kent. Gasol werd slechts 27e in de competitie in post-up punten met 2,7 per wedstrijd, een daling ten opzichte van voorgaande seizoenen toen hij vijfde was in 2010-11 en negende in 2011-12. Op 18 november 2012, in een overwinning tegen de Houston Rockets, scoorde Gasol zijn 15.000ste punt uit zijn carrière. Gasol had sinds het trainingskamp last van tendinitis in beide knieën en zat in december acht wedstrijden op de bank voor hij terugkeerde in de basisopstelling. Later werd plantaire fasciitis bij hem geconstateerd, maar hij bleef spelen. General manager Mitch Kupchak vertelde de houders van een seizoenskaart van de Lakers dat het team Gasol nodig had om meer betrokken te zijn. Op 7 januari 2013 kreeg Gasol een klap in het gezicht van Denver’s JaVale McGee in het vierde kwart van een 112-105 verlies. Hij liep een hersenschudding op, waardoor hij de volgende vijf wedstrijden moest missen. In zijn eerste wedstrijd kwam hij terug van de bank nadat hij zijn eerste 345 wedstrijden bij de Lakers had gespeeld. In de volgende wedstrijd keerde hij terug in de basis en scoorde 25 punten tegen Toronto, pas zijn tweede 20-punten wedstrijd van het seizoen. Echter, in de volgende wedstrijd op 21 januari verplaatste D’Antoni Gasol naar een reserverol en startte Earl Clark, een verandering die de coach als permanent beschouwde. Op 5 februari tegen de Brooklyn Nets scheurde Gasol de plantaire fascia van zijn rechtervoet. Gasol had de fascia in de eerste helft verrekt, maar speelde door de pijn heen tot hij hem voelde knappen toen hij een schot van Brook Lopez probeerde te blokkeren tegen het einde van de wedstrijd. Hij keerde ruim zes weken later op 22 maart terug na 20 wedstrijden te hebben gemist, waarbij D’Antoni hem weer in de basisploeg plaatste in plaats van Clark. Na een aanpassingsperiode van twee wedstrijden was Gasol’s spel solide en Bryant stond erop dat Gasol de bal in de basis kreeg. D’Antoni verklaarde dat Gasol goed had gespeeld sinds januari en schreef de eerdere problemen van de aanvaller toe aan blessures en het veranderende aanvallende systeem van het team. “Ik heb nu veel meer vertrouwen in hem, en hij speelt geweldig”, zei D’Antoni. Hij eindigde het seizoen met dieptepunten in punten (13,7) en velddoelpuntenpercentage (.466), en zijn rebounds (8,6) waren zijn laagste sinds zijn eerste seizoen bij Los Angeles. Hij speelde slechts 49 wedstrijden, het minimum uit zijn carrière. Hij had echter drie triple-doubles in zijn laatste zeven wedstrijden, inclusief de play-offs.
Gasol was $ 19,3 miljoen verschuldigd in 2013-14 in het laatste jaar van zijn contract, dat de Lakers ongeveer $ 50 miljoen kostte inclusief luxebelastingen. Hij werd na het seizoen free agent.
Chicago Bulls (2014-2016)
Op 18 juli 2014 tekende Gasol bij de Chicago Bulls. Hij zei nadat hij was voorgesteld: “,,Het was een onderbuikgevoel. Ik dacht dat Chicago het beste bij me zou passen. Het is een grote uitdaging, maar ik word gedreven door uitdaging. Ik kijk ernaar uit.”
Op 1 januari 2015 noteerde Gasol een career-high 9 blocks, samen met 17 punten en 9 rebounds, in de 106-101 overwinning op de Denver Nuggets. Tien dagen later scoorde hij een career-high 46 punten op 17-of-30 schieten in een 95-87 overwinning op de Milwaukee Bucks. Op 9 april 2015 noteerde hij een competitie-beste 51ste double-double van het seizoen met 16 punten en 15 rebounds in een 89-78 zege op de Miami Heat. Hij noteerde zijn 54e double-double van het seizoen in de reguliere seizoensfinale op 15 april tegen de Atlanta Hawks om te eindigen als de league-leider in double-doubles in 2014-15.
Op 5 december 2015 werd Gasol de 116e speler die 1.000 reguliere seizoenswedstrijden bereikte. Hij had 13 punten en 11 rebounds tegen de Charlotte Hornets voor zijn negende double-double van het seizoen. Op 25 januari 2016, registreerde hij zijn eerste carrière eerste kwartaal double-double met 13 punten en 10 rebounds. Hij eindigde de wedstrijd met 19 punten en 17 rebounds, want de Bulls werden verslagen door de Miami Heat 89-84. Op 9 februari werd Gasol genoemd als de vervanger van Jimmy Butler in de 2016 Eastern Conference All-Star ploeg. Op 27 februari noteerde hij zijn achtste triple-double en eerste als Bull met 22 punten, 16 rebounds en een career-high 14 assists in een 103-95 verlies tegen de Portland Trail Blazers. Met zijn 35 jaar werd hij de oudste speler die een triple-double noteerde sinds Kobe Bryant dat in 2014 op 36-jarige leeftijd deed. Op 7 maart registreerde hij zijn tweede triple-double van het seizoen met 12 punten, 17 rebounds en 13 assists in een 100-90 zege op de Milwaukee Bucks, waarmee hij pas de vierde speler van 35 jaar of ouder werd met meerdere triple-doubles in een seizoen, samen met Jason Kidd, Kobe Bryant en Paul Pierce. Op 2 april, in een verlies tegen de Detroit Pistons, werd hij de 38ste NBA-speler die 10.000 rebounds in zijn carrière bereikte. Hij werd ook de 36e met 10.000 punten en 10.000 rebounds.
San Antonio Spurs (2016-2019)
Op 14 juli 2016 tekende Gasol bij de San Antonio Spurs. Op 11 november 2016 had hij season highs met 21 punten en zes assists in een 96-86 overwinning op de Detroit Pistons. Op 19 januari 2017 werd hij voor onbepaalde tijd uitgeschakeld nadat hij eerder die avond zijn linker ringvinger brak tijdens de warming-up. Hij onderging de volgende dag een operatie om een breuk van zijn linker vierde middenhandsbeentje te herstellen. Op 24 februari 2017, in een 105-97 overwinning op de Los Angeles Clippers, had Gasol 17 punten en 11 rebounds vanaf de bank in zijn terugkeer van een 15-wedstrijden afwezigheid als gevolg van de vingerblessure. Op 12 april 2017, Gasol scoorde 13 punten om 20.000 carrière punten te bereiken in een 101-97 regular-season finale verlies tegen de Utah Jazz, en werd de tweede Europese speler om de mark te bereiken na Dirk Nowitzki.
Op 24 juli 2017, Gasol opnieuw ondertekend bij de Spurs. Op 20 december 2017 had hij 20 punten en een season-high 17 rebounds in een 93-91 overwinning op de Portland Trail Blazers. Op 23 december 2017 noteerde hij zijn 10e carrière triple-double met 14 punten, 11 rebounds en een season-high 10 assists in een 108-99 zege op de Sacramento Kings. Op 26 december 2017, in een 109-97 overwinning op de Brooklyn Nets, verzamelde Gasol zijn 10.817e rebound, waarmee hij Jack Sikma voorbijging voor de 30e plaats in de competitiegeschiedenis. Op 26 januari 2018, in een 97-78 verlies tegen de Philadelphia 76ers, werd Gasol de 34e speler in de NBA-geschiedenis die 40.000 carrièreminuten speelde. Op 25 maart 2018 had hij 22 punten op 10-van-15 schieten en pakte 13 rebounds in een 106-103 verlies tegen de Milwaukee Bucks.
Na het verschijnen in de eerste negen wedstrijden van het 2018-19 seizoen, miste Gasol de volgende 26 wedstrijden met een stressfractuur in zijn rechtervoet. Op 1 maart 2019 werd hij door de Spurs vrijgelaten in een afkoopovereenkomst.
Milwaukee Bucks (2019)
Op 3 maart 2019 tekende Gasol bij de Milwaukee Bucks. Hij speelde in drie wedstrijden voor de Bucks. Op 23 maart werd gemeld dat de Bucks verwachtten dat Gasol de komende maand zou missen als gevolg van een blessure aan zijn linkerenkel. Gasol’s blessure maakte een einde aan zijn seizoen. Hij was niet in staat om te spelen in de play-offs en werd op 9 mei 2019 geopereerd aan zijn geblesseerde voet.
Portland Trail Blazers (2019)
Op 25 juli 2019 tekende Gasol bij de Portland Trail Blazers. Op 20 november werd hij afgezwaaid door de Trail Blazers zonder in een wedstrijd voor het team te hebben gespeeld.
Comeback effort
Op 9 december 2020 uitte Gasol de wens om terug te keren naar de NBA, waarbij hij een terugkeer naar de Lakers als zijn droombestemming noteerde, zodat hij met zijn broer Marc kon spelen.
Terugkeer naar FC Barcelona
Op 23 februari 2021 keerde Gasol terug naar Spanje om te spelen voor Liga ACB club FC Barcelona.