El sudamericano inició su carrera en el automovilismo en karts a la edad de siete años, y tras conseguir siete campeonatos nacionales, dio el paso hacia la Fórmula renault italiana en 2003, competición que venció un año más tarde. Posteriormente participó en cuatro pruebas de la F3000 italiana y en 2006 consiguió un puesto titular en la Fórmula Renault 3.5 Series.
Sus actuaciones en esta categoría le ayudaron a dar el salto a la GP2 en 2007 de la mano del equipo Trident Racing. Un año después pasó a formar parte del equipo Piquet Sports y en 2009 fichó por ART Grand Prix, para terminar logrando el título en la categoría este mismo año con el equipo Rapax.
Dichos resultados le abrieron un hueco en la Fórmula 1, al participar en los tests que se llevaron a cabo en el circuito de Abu Dabi una vez finalizó la temporada 2010, junto a Williams e Hispania, completando más de 2000 kilómetros de rodaje en las cuatro jornadas. Pastor hará su debut con el monoplaza de 2011 en los primeros entrenamientos de pretemporada que se llevarán a cabo en el próximo mes de febrero.
Tras hacerse oficial el anuncio, Frank Williams comentó que "Pastor me llamó la atención por primera vez en 2007 cuando pilotó una carrera magistral en Mónaco. Desde entonces, nos ha recordado regularmente su incuestionable talento con algunas hábiles victorias, particularmente durante el campeonato de GP2 de este año, consiguiendo un récord de seis victorias consecutivas.""Por supuesto, ya conocemos a Pastor del tiempo que pasó con el equipo en el test de Abu Dabi, pero tenemos muchas ganas de desarrollar su talento durante el invierno y tener una temporada fructífera con él el año que viene", añadió el patrón de la escudería.
Maldonado, por su parte, se siente "privilegiado de que Williams me haya seleccionado como uno de sus pilotos oficiales. Es una gran forma de terminar lo que ya había sido un increíble año para mí. Entrené con el equipo en Abu Dabi, paro tengo ganas de empezar a trabajar realmente con todo el mundo para estar en la mejor forma posible de cara al año que viene."
"Daré lo mejor de mí durante el invierno para prepararme, y sé que el equipo estará trabajando duro para asegurarse una temporada exitosa. 2011 será la primera vez en cerca de treinta años en que un venezolano pilote un monoplaza de Fórmula 1, así que intentaré conseguir algunos buenos resultados para devolver el apoyo que se me ha dado para conseguir hoy esta posición", prosiguió Pastor.
Maldonado se convertirá en el cuarto piloto de su país en participar en un Gran Premio de Fórmula 1, tras Ettore Chimeri (1960), Johnny Cecotto (1983-1984) y Ernesto Viso (2006), algo que le hace sentir profundamente orgulloso:
"Venezuela a la F1. Gracias por todo el apoyo, mi querida patria, un nuevo reto que afrontar. Lucharé para dejar el nombre de nuestro gentilicio en lo más alto", comentó el piloto en su cuenta de twitter. "Dios concede la victoria a la constancia. Venezuela es momento de unión y de lucha para concentrarnos en el apoyo hacia nuestros hermanos damnificados", concluyó.
