Toro Rosso (2017-2018)

Gasly debutó en Fórmula 1 a finales de la temporada 2017, en el Gran Premio de Malasia sustituyendo al ruso Daniil Kvyat. Acabó 14.º en el Gran Premio de Malasia. En el Gran Premio de Japón quedó 13.º, pero se ausentó en el Gran Premio de Estados Unidos debido a la definición de Super Fórmula en Suzuka (que se suspendió debido a un tifón y finalizó segundo en el campeonato). Compitió de nuevo en las tres últimas carreras del campeonato, quedando 13.º, 12.º y 16.º en los Grandes Premios de México, Brasil y Abu Dhabi respectivamente.

Para 2018, Toro Rosso confirmó que la alineación sería la misma que cerró la temporada anterior.​ En Baréin, Gasly igualó con un cuarto puesto el tercer mejor resultado de la historia del equipo e igualando a pilotos que también corrieron para Toro Rosso y que consiguieron esa posición como son Max Verstappen o Carlos Sainz Jr.​ Hasta el receso de agosto del campeonato, el francés volvió a puntuar en dos ocasiones: séptimo en Mónaco y sexto en Hungría, sumando un total de 26 puntos.

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Tras el descanso de verano, Pierre Gasly solo logró puntuar en los Grandes Premios de Bélgica y de México, quedando 9.º y 10.º respectivamente, finalizó el campeonato en el 15.º lugar, superando a su compañero Brendon Hartley que quedó 19º.

Red Bull (primera mitad de 2019)

Gasly debutó en Red Bull Racing en 2019, reemplazando a Daniel Ricciardo y siendo el nuevo compañero de Max Verstappen. En los primeros Grandes Premios de la temporada, su rendimiento no estuvo a la altura de su compañero de equipo, su mejor resultado fue un 6.º lugar en China y España, mientras que su compañero anotó dos podios y tres cuartos puestos. Sin embargo, su rendimiento fue mejorando a lo largo de las siguientes carreras, incluyendo un cuarto puesto en Silverstone.

Vuelta a Toro Rosso/AlphaTauri (2019 – 2022)

Tras importantes rumores de su posible reemplazo antes de terminar la temporada 2019 por «bajo rendimiento»,​ el equipo afirmó en finales de julio que no iba a haber cambios de pilotos hasta fin de año.​ A pesar de esto, en mediados de agosto, se hizo oficial un cambio: el francés fue reemplazado para el Gran Premio de Bélgica por el piloto anglotailandés Alexander Albon, que estaba pilotando hasta ahora para Toro Rosso, y relegando a Gasly al equipo donde empezó su trayectoria en F1.

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Luego de Bélgica, habituó los puntos con el equipo italiano. En el GP de Brasil, largaba sexto y, tras avanzar por abandono de varios rivales, Gasly terminó segundo la carrera, consiguiendo su primer podio en F1.

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Gasly siguió con el equipo Toro Rosso, renombrado AlphaTauri para la temporada 2020. Logró su primera victoria el Gran Premio de Italia de 2020, tras salir en décima posición y aprovecharse de abandonos y sanciones para subir puestos. En 2021, logró subir al podio en Bakú, luego de una gran lucha de dos vueltas con Charles Leclerc batallando por la tercera posición luego de una bandera roja.

Alpine (2023 – Actual)

Durante la semana del Gran Premio de Japón de 2022, Gasly, quien tenía contrato con AlphaTauri para 2023, fue anunciado como piloto titular de Alpine F1 Team en sustitución de Fernando Alonso para ese año.