Entre 1519 e 1523 trabalha como prefeito e magistrado da recém-fundada Cidade do Panamá. Aos 48 anos, começa a organizar expedições à costa oeste da América do Sul, juntamente com o soldado Diego de Almagro e o padre Hernando de Luque.
Na segunda delas, em 1526, descobre peças de metais preciosos e resolve seguir a sua rota. Para isso, pede reforços ao governador do Panamá, que manda a tropa retornar. Pizarro ignora a ordem e continua a exploração da costa, encontrando uma terra desconhecida que chama de Peru.
Ali, ouve falar do Império Inca e, decidido a conquistá-lo, volta à Espanha para pedir auxílio ao imperador Carlos V. O monarca cria a província de Nova Castela, que se estende por quase mil quilômetros ao sul do Panamá, e torna Pizarro seu governador.
Com três navios e 180 homens, ele chega ao Peru em 1531. Faz contato com Atahualpa, imperador dos incas, a quem toma como refém no primeiro encontro e depois mata, abrindo caminho para a conquista da capital, Cuzco, em 1533. Em 1535 funda a cidade de Lima. Lá, manda assassinar seu parceiro Diego de Almagro, com quem se desentendera por causa da divisão dos saques, e é morto por seguidores dele.