Pastor Maldonado est né le 9 mars 1985 à Maracay. Il sera le premier pilote vénézuélien depuis Johnny Cecotto en 1984, hormis Ernesto Viso, essayeur éphémère chez Midland en 2006.

Pastor débute la monoplace en 2002, dans le championnat national de Formule Ford. Il rejoint le Championnat italien de Formule Renault en 2003, avant de remporter le titre en 2004. Il effectue ses premiers tests en F1 durant l'intersaison 2004-2005 pour le compte de Minardi. En 2005, Pastor signe chez DAMS en Formule Renault 3.5. Une saison mouvementée, puisque Pastor est suspendu 4 manches pour conduite dangereuse à Monaco (il blesse un commissaire), et ne finit l'année que 25ème au général avec 4 points. Il signe chez Draco Racing en 2006, et Pastor finit cette fois-ci 3ème du championnat avec 3 victoires, dont une à Monaco, moins de dix points derrière le champion Axl Danielsson.

En 2007, Pastor débarque en GP2 chez Trident. Celui-ci ne fait pas toute la saison, mais finit néanmoins 11ème avec une victoire ... à Monaco. Pastor signe chez Piquet Sports en 2008. Il est l'auteur d'une excellente saison, avec à la clé la 5ème place du championnat, une victoire à Spa-Francorchamps et 6 podiums au total. Il échoue à quelques points seulement de Bruno Senna, Lucas di Grassi et Romain Grosjean, qui se retrouveront tous trois en F1 les années suivantes. En 2009, Pastor se retrouve chez ART avec comme coéquipier Nicolas Hülkenberg. Si globalement la saison de Pastor est plutôt bonne, notamment deux victoires dont une à Monaco, il est très largement dominé par son coéquipier, de loin champion devant Vitaly Petrov, lui aussi futur pilote F1. Le Vénézuélien n'est que 6ème cette saison-là.

En 2010, Pastor est chez Rapax avec comme coéquipier Luiz Razia, pilote essayeur chez Virgin Racing. Après un début de saison plutôt bon, Pastor signe 6 victoires consécutives lors des manches longues, un record en la matière. Ainsi, il est champion à Monza, soit une manche avant la fin. Il remporte facilement le titre devant le Mexicain Sergio Pérez, futur pilote Sauber en 2011.

Retenu pour les tests de jeunes pilotes à Abu Dhabi par Williams et HRT, il signe des chronos plus que convaincant. Apportant un budget non négligeable du pétrolier PVDSA, il est longtemps pressenti pour être titulaire chez HRT, comme l'ont montré les tests effectués pour Pirelli. Finalement, il signe le 1er décembre 2010 chez Williams, remplaçant son ancien coéquipier et son prédécesseur au palmarès GP2, l'Allemand Hülkenberg annoncé au départ.