Il 19 agosto 2006 viene ufficializzato il suo trasferimento in comproprietà alla Roma per la cifra di 6,5 milioni di euro, dove Pizarro ritrova in panchina l'allenatore Luciano Spalletti. Il suo primo gol in giallorosso risale al 17 settembre 2006, seconda giornata di campionato, contro il . Nella sua prima stagione tra le file dei giallorossi, contribuisce al percorso della Roma in UEFA Champions League che, dopo ventitré anni, riesce a raggiungere i quarti di finale della competizione, dove viene sconfitta nel doppio confronto contro il Manchester United (2-1) e (1-7). Nello stesso anno vince la Coppa Italia battendo in finale l'Inter. Alla fine della stagione 2006-2007 la Roma riscatta per altri 5,75 milioni di euro la metà del cartellino ancora di proprietà dell'Inter. Alla sua seconda stagione nella capitale, il 19 agosto 2007 vince la Supercoppa taliana, battendo ancora l'Inter, sempre a San Siro, per 1-0. In UEFA Champions League, dopo aver superato il girone eliminatorio con un secondo posto alle spalle del Manchester United, la Roma riesce nell'impresa di eliminare agli ottavi il Real Madrid vincendo al Santiago Bernabéu. Pizarro contribuisce al passaggio del turno siglando il gol del pareggio nella partita di andata a Roma, terminata poi col punteggio di 2-1. In campionato, dopo una fase di appannamento, dovuto ad un infortunio durante la preparazione estiva, riesce a recuperare una buona brillantezza fisica che lo porta a riprendersi la regia del centrocampo romanista, fornendo prestazioni, convincenti e assist per i compagni. Il 1º febbraio 2009, in occasione della gara -Roma (2-2), realizza la sua prima doppietta in maglia giallorossa. Il 29 ottobre 2009 prolunga il proprio contratto con la Roma fino al 30 giugno 2013, per un compenso lordo di 3,2 milioni di euro a stagione. Dopo il secondo posto ottenuto nell'annata 2009-2010, continua a vestire la maglia giallorossa per un'altra annata e mezza.