Avec un grand-père, un père et deux frères faisant ou ayant fait du karting, c'est tout naturellement que Pierre se lance dans cette discipline. Il devient champion de Normandie en 2006 et récidive les deux années suivantes. Il est alors soutenu par la marque Sodikart et la FFSA l'intègre à l'équipe de France de karting en 2009. L'année suivante, Pierre devient champion de France, termine deuxième du championnat d'Europe, et quatrième de la coupe du monde.
En 2011, c'est le passage à la monoplace. Il s'engage en Formule 4 et termine l'année à la troisième place du championnat avec quatre victoires et deux pole positions. Il intègre la filière Red Bull en 2012 et court en Formule Renault 2.0. Avec seulement deux podiums à son actif, Pierre ne se classe que dixième au championnat. Cependant l'année suivante il décroche le titre ce même championnat devenant le plus jeune pilote à le remporter.
En 2014, il est engagé par l'écurie Arden pour courir le championnat de Formule Renault 3.5 Series. Bien qu'il ne remporte pas de victoires, il termine deuxième, derrière Carlos Sains, grâce à huit podiums. Il participe également en fin d'année aux trois dernières manches de la GP2 Series mais ne réussit pas à marquer le moindre point.
En 2015, il rejoint l'équipe française DAMS en GP2 Series et se classe huitième du championnat avec quatre podiums. En cours d'année, il effectue deux jours d'essai en Formule 1 au volant d'une Toro Rosso puis d'une Red Bull5 et devient pilote de réserve chez Red Bull Racing.
En 2016, Pierre change d'écurie et rejoint Prema Racing. Grâce à trois victoires dans la première moitié de championnat, Pierre est en tête du championnat. Cependant, Antonio Giovinazzi, son coéquipier parvient à le devancer de sept points avant la dernière manche à Abou Dhabi. Grâce à la pole position et la victoire dans la course principale, Pierre repasse devant et devient champion de GP2.
Malheureusement pour lui, de Red Bull décident de conserver Carlos Sainz et Daniil Kvyat chez Toro Rosso pour la saison 2017. Il trouve refuge dans le championnat Super Formula, au Japon qu'il termine à la deuxième place.
Cependant en septembre 2017, l'écurie Scuderia Toro Rosso annonce que Pierre Gasly remplace Daniil Kvyat en Formule 1 pour deux Grand Prix (Malaisie et Japon). Après s'être séparé de Daniil Kvyat, l'écurie confirme Pierre pour les trois dernières courses de la saison. A l'issue de ces cinq courses, le bilan n'est pas flatteur avec une quatorzième place comme meilleur place sur la grille et une douzième place comme meilleur classement. Il est néanmoins confirmé chez Toro Rosso pour 2018.
Pour cette nouvelle saison, Toro Rosso utilise le moteur Honda que McLaren vient d'abandonner après trois années de galère. Pour le premier Grand Prix, en Australie, Pierre prend le départ depuis la vingtième position et abandonne dans le quatorzième tour suite à la casse de son moteur, ça commence mal. Cependant, pour la deuxième manche, Pierre se qualifie en cinquième et termine à une magnifique quatrième place et marque donc ses premiers points en F1. La suite de la saison est moins brillante et Pierre ne rentre dans les points qu'à quatre reprises. Néanmoins, après le Grand Prix de Hongrie qu'il termine à la sixième place, Pierre est engagé par Red Bull, pour remplacer Daniel Ricciardo, au côté de Max Verstappen pour la saison 2019. Pour sa première saison complète, Pierre se classe à la quinzième place du championnat.
Son début de saison est plutôt moyen, surtout en comparaison de Verstappen. A l'issue du Grand Prix d'Allemagne remporté par le Néerlandais, Pierre, bien que sixième au championnat, compte plus de 100 points de retard sur son coéquipier. Lors du Grand Prix suivant, il termine à la sixième place mais à un tour de Verstappen. Christian Horner déclare alors qu'il n'y a aucune raison de remplacer le pilote français. Mais une semaine plus tard Red Bull annonce que Pierre va échanger son baquet avec Alexander Albon qui pilote chez Toro Rosso. Avec moins de pression, il termine régulièrement dans les points et la fin de saison est marquée par une superbe deuxième place derrière son ex-coéquipier lors du Grand Prix du Brésil. Il est confirmé chez AlphaTauri (le nouveau nom de Toro Rosso) pour la saison 2020.
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