Pierre GAGNAIRE commence à travailler comme pâtissier avant de passer un été dans le restaurant de Paul Bocuse. Il ouvre son premier restaurant à Saint-Étienne. C’est dans ce lieu qu’il a pour la première fois obtenu trois étoiles au guide Michelin en 1993.
Suite à des difficultés financières, il ferma son restaurant de Saint-Étienne en 1995 pour venir s’installer à Paris, rue Balzac, où il retrouva ses trois étoiles quelque temps plus tard. En 2002, il ouvre le Sketch à Londres; en 2005, un second établissement parisien le Gaya Rive Gauche ; toujours en 2005, un restaurant à Tokyo; en 2006, un autre à Hong Kong; en 2009 et un dernier à Las Vegas.
Sa cuisine très créative, parfois considérée « iconoclaste » utilise, entre autres, des applications de la gastronomie moléculaire. Pierre Gagnaire est membre de l’Académie culinaire de France.
Il est Chevalier de la Légion d’honneur, Commandeur des Arts et des Lettres, Chevalier de l’Ordre national du mérite agricole et Docteur Honoris Causa de l’Université de Liège.