Viitataan alla olevaan kohtaan ja vastataan kysymykseen sen jälkeen samalla kielellä kuin kohtaa:  Pichai työskenteli Applied Materialsin suunnittelussa ja tuotehallinnassa sekä McKinsey & Companyn johdon konsultoinnissa. Pichai liittyi Googleen vuonna 2004, jossa hän johti Googlen asiakasohjelmistotuotteiden, kuten Google Chrome ja Chrome OS, tuotehallintaa ja innovaatiotoimintaa sekä vastasi suurelta osin Google Drivesta. Hän jatkoi valvomaan erilaisten sovellusten, kuten Gmailin ja Google Mapsin, kehittämistä. Pichai esitteli Chrome OS: n 19. marraskuuta 2009; Chromebook julkaistiin kokeiluun ja testaukseen vuonna 2011 ja julkisuuteen vuonna 2012. 20. toukokuuta 2010 hän ilmoitti Googlen avaavan uuden videokoodekin VP8:n ja esitteli uuden videomuodon, WebM:n. 13. maaliskuuta 2013 Pichai lisäsi Androidin Google-tuotteiden luetteloon, jota hän valvoo. Androidia johti aiemmin Andy Rubin. Hän oli Jive Software -yhtiön johtaja huhtikuusta 2011 heinäkuuhun 2013. Pichai valittiin Googlen seuraavaksi toimitusjohtajaksi 10. elokuuta 2015 sen jälkeen, kun toimitusjohtaja Larry Page oli aiemmin nimittänyt hänet tuotejohtajaksi. 24. lokakuuta 2015 hän astui uuteen asemaan Alphabet Inc:n, Googlen yhtiöperheen uuden holdingyhtiön, muodostamisen jälkeen. Pichai oli ehdotettu Microsoftin toimitusjohtajan ehdokkaaksi vuonna 2014, asema, joka lopulta annettiin Satya Nadellalle. Elokuussa 2017 Pichai sai julkisuutta erottamalla Googlen työntekijän, joka kirjoitti kymmensivuisen manifestin, jossa kritisoitiin yhtiön monimuotoisuuspolitiikkaa ja väitettiin, että "miesten ja naisten mieltymysten ja kykyjen jakautuminen eroaa osittain biologisista syistä ja... nämä erot saattavat selittää, miksi emme näe naisten tasa-arvoista edustusta teknologian ja johtajuuden alalla". Pichai huomautti, että manifestissa on esitetty useita kysymyksiä, jotka ovat avoimia keskustelulle, mutta hän sanoi Googlen työntekijöille lähettämässään muistiossa, että "sanotaan, että ryhmälle kollegoistamme on ominaisuuksia, jotka tekevät heistä vähemmän biologisesti sopivia työhön, on loukkaavaa ja ei ole OK".  Kysymys: Milloin Pichai liittyi Googleen ja mistä hän oli vastuussa?
Vuonna 2004 hän johti Googlen asiakasohjelmistotuotteiden tuotejohtamista ja innovointia.