Pichai bergabung dengan Google pada 2004, ia menjabat sebagai pimpinan manajemen produk dan inovasi perangkat lunak klien Google, termasuk Google Chrome, Chrome OS, dan Google Drive. Ia juga bertanggungjawab atas pengembangan aplikasi seperti Gmail dan Google Maps.
Pichai juga menjadi tokoh yang mengembangkan codec video VP8, dan memperkenalkan format video WebM. Ia juga menjadi direktur di Jive Software sejak April 2011. Pichai telah menikah dan memiliki seorang putri.
Pichai lahir di Madurai, Tamil Nadu, India. Ibunya Lakshmi adalah seorang stenografer dan ayahnya, Regunatha Pichai adalah seorang insinyur listrik di GEC, konglomerat Inggris. Ayahnya juga memiliki pabrik yang memproduksi komponen listrik. Pichai dibesarkan di sebuah apartemen dua kamar di Ashok Nagar, Chennai.
Pichai menyelesaikan sekolah di Jawahar Vidyalaya, sebuah sekolah Pusat Dewan Pendidikan Menengah di Ashok Nagar, Chennai dan menyelesaikan Kelas XII dari sekolah Vana Vani di Institut Teknologi India Madras. Ia memperoleh gelar sarjana dari Institut Teknologi India Kharagpur di bidang teknik metalurgi dan merupakan alumni terkemuka dari institusi tersebut.
Dia memegang gelar M.S. dari Stanford University dalam ilmu material dan teknik, dan gelar MBA dari Wharton School dari University of Pennsylvania, di mana ia masing-masing bernama Siebel Scholar dan Palmer Scholar.