Anii de început
Pachulia a început să joace baschet la o vârstă fragedă în Georgia. La vârsta de 13 ani avea aproximativ 2,03 metri (6 picioare și 8 inci). El a fost cercetat și recrutat de echipa profesionistă turcă Ülkerspor când era adolescent. A devenit membru al echipei naționale de baschet de juniori a Georgiei la o vârstă fragedă, pe care a condus-o la diverse turnee.
NBA
După ce s-a remarcat cu Ülkerspor, Pachulia a fost recrutat în turul al doilea de Orlando Magic în timpul draftului NBA din 2003. După ce a fost selectat în draftul de expansiune din 2004 de către Charlotte Bobcats, a fost transferat la Milwaukee Bucks, unde a jucat în sezonul 2004-2005. În timpul petrecut la Bucks, Pachulia a avut o medie de 6,2 puncte și 5,1 recuperări pe meci de pe bancă.
Pachulia a semnat un contract cu Atlanta Hawks în intersezon 2005 și a devenit centrul titular al lui Hawks, când a avut o medie de 11,7 puncte și 7,9 recuperări pe meci în sezonul 2005-2006. El a început ca centru titular în sezonul 2006-07, dar ulterior a ieșit de pe bancă. O altercație pe teren între relativ obscurul Pachulia și starul lui Celtics, Kevin Garnett, l-a determinat pe un scriitor să-l supranumească pe Pachulia „Balboa”, după personajul principal din seria de filme Rocky. Pachulia a semnat din nou cu Hawks la 13 iulie 2009, acceptând un contract pe mai mulți ani.
În timpul lockout-ului NBA din 2011, Pachulia a semnat cu Galatasaray din Liga turcă de baschet. El a revenit ulterior la Hawks în decembrie 2011.
La 17 iulie 2013, Pachulia a semnat cu Milwaukee Bucks. La 20 martie 2015, el a înregistrat 22 puncte și 21 de recuperări într-o înfrângere cu 129-127 în prelungiri în fața lui Brooklyn Nets. Cele 21 de recuperări ale sale au inclus 18 recuperări ofensive, ceea ce a marcat un record al sezonului în NBA și un record al francizei Bucks.
La 9 iulie 2015, Pachulia a fost transferat la Dallas Mavericks în schimbul unei viitoare selecții de runda a doua. El și-a făcut debutul pentru Mavericks în meciul de deschidere a sezonului echipei împotriva lui Phoenix Suns, pe 28 octombrie, înregistrând un double-double cu 10 puncte și 10 recuperări în victoria cu 111-95. La 26 decembrie, a înregistrat al 16-lea double-double al sezonului, cu 17 puncte și 12 recuperări împotriva lui Chicago Bulls, depășindu-și totalul din sezonul 2014-15. La 12 ianuarie 2016, a înregistrat al 20-lea double-double al sezonului și al 100-lea din carieră, cu 14 puncte și 12 recuperări într-o înfrângere în prelungiri, 110-107, în fața lui Cleveland Cavaliers. Mai târziu în aceeași lună, el a fost la 14.227 de voturi de a-l elimina pe micul atacant Kawhi Leonard, de la San Antonio Spurs, pentru un loc de titular în echipa All-Star din Vest pentru NBA All-Star Game 2016. La 3 februarie 2016, el a înregistrat 10 puncte și 15 recuperări împotriva celor de la Miami Heat pentru al 22-lea double-double al sezonului, cel mai bun din cariera sa. Precedentul său record a fost de 21 de double-double-uri, stabilit cu Atlanta în 2005-06.
La 12 iulie 2016, Pachulia a semnat cu Golden State Warriors. Pe 22 decembrie 2016, el a avut cel mai bun meci al sezonului, cu 15 puncte și 14 recuperări, într-o victorie cu 117-101 în fața lui Brooklyn Nets. Pachulia i-a ajutat pe Warriors să încheie sezonul regulat 2016-17 cu 67 de victorii. În timpul Meciului 1 al finalei Conferinței de Vest împotriva celor de la Spurs, el a avut o faimoasă alunecare cu piciorul la închidere asupra lui Kawhi Leonard, care l-a exclus pe Leonard pentru restul seriei și a pus capăt efectiv sezonului lui San Antonio. Deși Pachulia a negat că ar fi intenționat să-l rănească pe Leonard, el a fost imediat poreclit un răufăcător de către public și mass-media. Cei de la Warriors au continuat să câștige campionatul NBA 2017 după ce i-au învins pe cei de la Cavaliers cu 4-1 în finala NBA. Pachulia a făcut istorie pentru Georgia, devenind primul jucător din această țară care a câștigat un campionat NBA. Warriors au terminat playoff-ul cu un record de 16-1, cel mai bun procentaj de victorie în postsezon din istoria NBA.
La 25 iulie 2017, Pachulia a semnat din nou cu Warriors. Pe 30 decembrie 2017, el a marcat un record al sezonului de 17 puncte, alături de opt recuperări și șase pase decisive într-o victorie cu 141-128 împotriva lui Memphis Grizzlies.
Într-un meci împotriva lui Thunder pe 25 februarie 2018, Pachulia a provocat din nou controverse, deoarece a căzut pe genunchiul lui Russell Westbrook după un joc. Westbrook a declarat într-un interviu după meci că a crezut că căderea lui Pachulia a fost intenționată, cu intenția de a-l răni la genunchi. Coechipierul Kevin Durant i-a luat ulterior apărarea lui Pachulia declarând că acesta s-a încurcat cu Nick Young în incident, dar Pachulia a fost criticat de mulți jucători, antrenori și experți precum Paul George, Kyrie Irving, Gregg Popovich, descriind incidentul ca fiind încă unul dintr-o lungă listă de jocuri murdare controversate din cariera lui Pachulia. NBA a declarat oficial că nu îl va sancționa pe Pachulia pentru acest incident. În iunie 2018, Pachulia a câștigat al doilea său campionat consecutiv ca membru al lui Warriors, după ce aceștia i-au învins pe Cavaliers în patru meciuri în finala competiției.
La 15 iulie 2018, Pachulia a semnat cu Detroit Pistons.
La 29 august 2019, Pachulia s-a retras din activitate și s-a alăturat din nou echipei Warriors în calitate de consultant de front office în cadrul departamentului de operațiuni de baschet al acesteia.
.