Saat ia menjabat sebagai Hakim Ketua pada Pengadilan Pidana Internasional untuk Rwanda (ICTR) pada 1999, dia berhasil menetapkan kekerasan seksual dan pemerkosaan sebagai dasar dakwaan genosida.
Ia kemudian bertugas sebagai hakim pada Pengadilan Pidana Internasional (ICC).
Pillay menjabat sebagai Komisioner Tinggi PBB untuk HAM (OHCHR) pada 2008 hingga 2014, kemudian pada 2019 dirinya menjadi hakim untuk kasus genosida Myanmar dalam Mahkamah Internasional (ICJ).
Adapun pada periode 2021–2025, Pillay mengetuai Komisi Penyelidikan Internasional Independen PBB untuk Wilayah Palestina yang diduduki.
