Gasly begann seine Motorsportkarriere 2006 im Kartsport, in dem er bis 2010 aktiv blieb. Unter anderem wurde er 2010 Zweiter in der CIK-FIA-KF3-Europameisterschaft und Vierter im Weltcup.[
2011 erfolgte Gaslys Einstieg in den Formelsport. Mit vier Siegen wurde er auf Anhieb Dritter der französischen F4-Meisterschaft.
2012 wechselte Gasly zu R-Ace GP in den Formel Renault 2.0 Eurocup. Mit zwei dritten Plätzen als beste Resultate beendete er die Saison auf dem zehnten Rang. Mit 49 zu 78 Punkten unterlag er teamintern Nyck de Vries. Darüber hinaus nahm er für R-Ace GP an einigen Rennen der nordeuropäischen Formel Renault teil. Dabei gelang ihm ein dritter Platz. 2013 blieb Gasly im Formel Renault 2.0 Eurocup und erhielt ein Cockpit bei Tech 1 Racing. Er gewann die Rennen in Wolokolamsk, Mogyoród und Le Castellet. Mit insgesamt acht Podest-Platzierungen aus 14 Rennen entschied Gasly die Meisterschaft für sich. Er setzte sich mit 195 zu 179 Punkten gegen Oliver Rowland durch. Darüber hinaus nahm er für Tech 1 Racing an sechs Rennen der alpinen Formel Renault teil. Dabei erreichte er nur einmal keine Top-4-Platzierung und lag am Saisonende auf dem sechsten Rang, obwohl er an der Mehrzahl der Rennen nicht teilgenommen hatte.
Pierre Gasly beim ersten Rennen der Formel Renault 3.5 auf dem Nürburgring 2014
2014 wechselte Gasly zu Arden Motorsport in die Formel Renault 3.5. Er wurde zudem ins Förderprogramm von Red Bull aufgenommen.[Gasly stand achtmal auf dem Podium, ein Sieg blieb ihm jedoch verwehrt. Mit 192 zu 229 Punkten unterlag er Carlos Sainz jr., der ebenfalls von Red Bull gefördert wurde, und erreichte den zweiten Gesamtrang. Intern setzte er sich gegen William Buller, der 30 Punkte erzielt hatte, deutlich durch. Darüber hinaus stieg Gasly zum neunten Rennwochenende in die Saison der GP2-Serie ein. Er trat für Caterham Racing an. Zwei elfte Plätze waren seine besten Ergebnisse und er wurde 29. in der Fahrerwertung. 2015 wechselte Gasly vollständig in die GP2-Serie und erhielt ein Cockpit beim Meisterteam DAMS. Zwei zweite Plätze waren die besten Ergebnisse von Gasly, der damit im Gegensatz zu seinem Teamkollegen Alex Lynn sieglos blieb. Gasly beendete die Saison auf dem achten Platz in der Fahrerwertung. Er war punktgleich mit Lynn, der Gesamtsechster war. 2016 nahm Gasly für Prema Racing an der GP2-Serie teil. Beim Hauptrennen in Silverstone gewann er sein erstes GP2-Rennen. Der Erfolg stellte zugleich seinen ersten Sieg seit 2013 dar. Im weiteren Verlauf der Saison gewann Gasly in Mogyoród, Spa-Francorchamps und auf der Yas-Insel weitere Hauptrennen. Mit 219 zu 211 Punkten entschied er die Meisterschaft vor seinem Teamkollegen Antonio Giovinazzi für sich.
2017 wechselte Gasly nach Japan zum Team Mugen in die Super Formula. Er gewann zwei Rennen und belegte vor dem letzten Rennwochenende den zweiten Platz in der Fahrerwertung. Zudem nahm Gasly 2017 an einem Rennen der FIA-Formel-E-Meisterschaft für e.dams teil. Ferner blieb er mit den Red-Bull-Formel-1-Teams verbunden und fungierte als Ersatzfahrer. Beim Großen Preis von Malaysia 2017 gab er im Toro Rosso sein Debüt in der Formel-1-Weltmeisterschaft. Er vertritt Daniil Kwjat bei zwei Rennen.