Первый опыт в формульных гонках Мальдонадо начал приобретать в Италии в 2003 году. Он принял участие в Итальянском чемпионате Формулы-Рено за команду Cram Competition и был классифицирован седьмым по итогам чемпионаты. Он три раза финишировал на подиуме и один раз завоевал поул-позицию. В составе Cram Competition он также принял участие в одном этапе Немецкого чемпионата Формулы-Рено на трассе Ошерслебен.
В 2004 Мальдонадо работал по двойной программе выступая в Итальянской и Европейской Формуле-Рено за всю ту же Cram Competition. Он выиграл титул в итальянской серии, с восемью победами и шестью поул-позициями из семнадцати стартов. В европейском чемпионате он был классифицирован восьмым с двумя победами. Мальдонадо также нашёл время для участия в одном этапе Еврокубка Формулы-Рено V6 на трассе Спа-Франкоршам где он финишировал на пятом месте.
В ноябре 2004 года Мальдонадо провёл тесты за команду Формулы-1 Minardi на трассе Мизано в Италии. Бывший владелец команды Джанкарло Минарди, положительно отозвался об успехах Мальдонадо.
В 2005 Мальдонадо покинул Формулу-Рено, но он не мог полностью провести сезон в какой-либо серии. Он совершил четыре старта в Итальянской Формуле-3000 вместе с командой Sighinolfi Auto Racing, самым лучшим результатом было девятое место. Также он принял участие в девяти гонках Мировой Серии Рено (и сделал семь стартов) лучшим результатом было седьмое место. Тем не менее, его участие в серии было омрачено запретом на участие в четырёх гонках. Он не снизил скорость на трассе в Монако, несмотря на предупреждающие флаги, он попал в аварию и серьёзно травмировал маршала.
Целиком сезон Мировой Серии Рено Мальдонадо провёл за команду Draco Racing в 2006. Сезон он завершил на третьем месте с тремя победами, шестью подиумами, и пятью поул-позициями.
Тем не менее сезон был омрачён дисквалификацией Мальдонадо на трассе Мизано из-за несоответствия болида техническому регламенту, Мальдонадо мог выиграть чемпионский титул. Draco Racing подала апелляцию на решение итальянского суда в январе 2007. Но потери 15 очков хватило чтобы опуститься с первого на третье место позади Алкса Даниэльссона и Борхи Гарсии.
Успехи Мальдонадо заинтересовали большинство команд GP2 и он подписал контракт с командой Trident Racing на сезон 2007 года после успешных тестов в 2006. Он одержал свою первую победу всего-лишь в четвёртой гонке на этапе в Монако. Тем не менее, он пропустил четыре последних этапа после перелома ключицы во время практики, в итоге он закончил чемпионат за пределами топ-10. Он перешёл в команду Piquet Sports в 2008, на свой второй год выступлений. К середине сезона в его активе было два поула и два подиума. В дождевой гонке на этапе в Сильверстоуне - он врезался во время безумного старта, получил штраф за нарушение скорости на пит-лейне, другой штраф он получил за обгон под жёлтым флагом, он врезался в Адриана Вальеса и Камуи Кобаяси на последнем круге. Он стартовал с конца стартовой решётки в основной гонке на этапе в Венгрии, но он финишировал пятым так как позднее всех поехал на обязательный пит-стоп, он установил серию быстрых кругов на убитых шинах. Четыре финиша на подиуме и победа в спринте на трассе Спа-Франкоршам - за последние шесть гонок подняли его на пятое место в личном зачёте.
Он подписал контракт с командой ART Grand Prix на сезон 2009. Также он заменил со второго этапа Сезона 2008-09 GP2 Asia Нельсона Филиппа.
Мальдонадо принял участие в первом этапе сезона 2009 Евросерии 3000 на автодроме Алгарве для того чтобы получить опыт перед финалом GP2. Он выиграл первую гонку, стартовав со второй позиции.
Венесуэльское издание Lider сообщает, что чемпион GP2 сезона-2010 Пастор Мальдонадо подписал контракт с командой "Williams" Формулы-1 на сезон-2011. По сведениям издания, спонсором Мальдонадо выступит компания PDVSA. Предположительно, за контракт Мальдонадо PDVSA заплатила команде 15 миллионов евро. Мальдонадо заменил в "Уильямсе" немца Нико Хюлькенберга