Anos iniciais
Pachulia começou a jogar basquetebol numa idade precoce na Geórgia. Ele tinha aproximadamente 2,03 metros de altura aos 13 anos de idade e foi recrutado pela equipe profissional turca Ülkerspor quando era um adolescente. Ele se tornou membro da equipe nacional júnior de basquete da Geórgia quando jovem, liderando-os em vários torneios.
NBA
Após ele se distinguir com Ülkerspor, Pachulia foi convocado na segunda rodada pelo Orlando Magic durante o rascunho de 2003 da NBA. Depois de ter sido selecionado no rascunho de expansão de 2004 por Charlotte Bobcats, ele foi negociado com o Milwaukee Bucks, onde jogou a temporada 2004-05. Enquanto com o Bucks, Pachulia obteve uma média de 6,2 pontos e 5,1 ressaltos por jogo fora do banco.
Pachulia assinou um contrato com os Atlanta Hawks na época baixa de 2005 e tornou-se o centro de partida dos Hawks, quando obteve uma média de 11,7 pontos e 7,9 rebotes por jogo durante a época 2005-06. Ele começou como centro titular durante a temporada 2006-07, mas mais tarde saiu do banco. Uma altercação no campo entre o relativamente obscuro Pachulia e a estrela do Celtics Kevin Garnett levou um escritor a apelidar Pachulia de “Balboa” após a personagem principal da série de filmes Rocky. Pachulia voltou a assinar com os Hawks a 13 de Julho de 2009, acordando um contrato de vários anos.
Durante o bloqueio da NBA 2011, Pachulia assinou com o Galatasaray da Liga Turca de Basquetebol. Mais tarde voltou aos Hawks em dezembro de 2011.
Em 17 de julho de 2013, Pachulia assinou com o Milwaukee Bucks. Em 20 de março de 2015, ele registrou 22 pontos e 21 rebotes em uma perda de 129-127 horas extras para o Brooklyn Nets. Seus 21 rebotes incluíram 18 rebotes ofensivos, que marcaram uma alta temporada da NBA e um recorde de franquia do Bucks.
Em 9 de julho de 2015, Pachulia foi negociada com os Dallas Mavericks em troca de uma futura escolha de segunda rodada. Ele fez sua estréia para os Mavericks na abertura da temporada da equipe contra o Phoenix Suns em 28 de outubro, registrando uma dupla dupla com 10 pontos e 10 rebotes em uma vitória de 111-95. Em 26 de dezembro, ele registrou sua 16ª dobradinha da temporada, com 17 pontos e 12 rebotes contra o Chicago Bulls, superando seu total da temporada 2014-15. Em 12 de janeiro de 2016, ele registrou sua 20ª dobradinha da temporada, e a 100ª em sua carreira, com 14 pontos e 12 rebotes em uma derrota de 110-107 para o Cleveland Cavaliers. Mais tarde naquele mês, ele ficou a 14.227 votos de Kawhi Leonard, pequeno atacante do San Antonio Spurs, por uma vaga na equipe All-Star do Oeste para o jogo All-Star da NBA em 2016. No dia 3 de fevereiro de 2016, ele marcou 10 pontos e 15 rebotes contra o Miami Heat para a sua 22ª melhor dupla da temporada. Seu recorde anterior foi de 21 duplas, definidas com o Atlanta em 2005-06.
Em 12 de julho de 2016, Pachulia assinou com os Golden State Warriors. Em 22 de dezembro de 2016, ele teve um jogo de melhor temporada com 15 pontos e 14 rebotes numa vitória de 117-101 sobre o Brooklyn Nets. Pachulia ajudou os Warriors a terminar a temporada regular de 2016-17 com 67 vitórias. Durante o Jogo 1 das finais da Conferência Oeste contra os Spurs, ele teve um infame closeout foot slide sobre Kawhi Leonard, que excluiu Leonard para o resto da série e efetivamente terminou a temporada do San Antonio. Enquanto Pachulia negou que ele pretendia ferir Leonard, ele foi imediatamente apelidado de vilão pelo público e pela mídia. Os Warriors venceram o Campeonato da NBA de 2017 após derrotar os Cavaliers por 4 a 1 na final da NBA. Pachulia fez história para a Geórgia ao se tornar o primeiro jogador do país a ganhar um Campeonato da NBA. Os Warriors terminaram os playoffs com um recorde de 16-1, a melhor porcentagem de vitórias na pós-temporada na história da NBA.
Em 25 de julho de 2017, Pachulia voltou a assinar com os Warriors. Em 30 de dezembro de 2017, ele marcou 17 pontos na melhor temporada, com oito rebotes e seis assistências na vitória de 141-128 sobre os Memphis Grizzlies.
Em um jogo contra os Thunder em 25 de fevereiro de 2018, Pachulia novamente causou controvérsia ao cair no joelho de Russell Westbrook após uma jogada. Westbrook declarou em uma entrevista após o jogo que ele acreditava que a queda de Pachulia foi intencional com a intenção de machucar seu joelho. O companheiro de equipe Kevin Durant defendeu Pachulia mais tarde, afirmando que ele tinha ficado com os pés emaranhado com Nick Young no incidente, mas Pachulia foi criticado por muitos jogadores, técnicos e especialistas como Paul George, Kyrie Irving, Gregg Popovich, descrevendo o incidente como mais um em uma longa lista de jogadas sujas controversas na carreira de Pachulia. A NBA declarou oficialmente que não iria disciplinar Pachulia sobre o incidente. Em junho de 2018, Pachulia ganhou seu segundo campeonato consecutivo como membro dos Warriors, depois que eles derrotaram os Cavaliers em uma varredura de quatro jogos nas finais.
Em 15 de julho de 2018, Pachulia assinou com os Pistons de Detroit.
Em 29 de agosto de 2019, Pachulia se aposentou e voltou a se juntar aos Warriors’ como consultor de front office em seu departamento de operações de basquetebol.