Il débute en Coupe du monde lors de la saison 2008-2009 et signe ses premières victoires en City Event à Moscou, en slalom à Val d'Isère, en combiné à Wengen et en slalom géant à Garmisch-Partenkirchen lors de l'hiver 2012-2013. En 2014, il remporte la médaille de bronze du slalom géant aux Jeux olympiques, puis devient le premier Français depuis Luc Alphand en 1997 à atteindre le podium du classement général de la Coupe du monde. L'année suivante, il remporte le bronze au slalom géant des championnats du monde. Il est champion du monde par équipes en 2017. En remportant sa dix-neuvième victoire en Coupe du monde, le 7 janvier 2017, à l'arrivée du slalom géant d'Adelboden, Alexis Pinturault devient le Français comptant le plus de victoires en coupe du monde, dépassant le total de Jean-Claude Killy.