2005 wurde er Mitglied des John Mayer Trios, mit dem er das Live-Album Try! aufnahm. Das Trio trat in den folgenden Jahren sporadisch auf, unter anderem beim Crossroads Guitar Festival 2010.
Von 2007 bis 2011 war er häufig in der wöchentlich ausgestrahlten Fernsehsendung One Shot Not des französischen Schlagzeugers Manu Katché auf dem deutsch/französischen Sender arte zu sehen. Mit Katché bildete er eine Rhythmusgruppe, die auf vielen Aufnahmen vertreten ist, teils auch zusammen mit Gitarrist Dominic Miller.
In den Jahren 2011/2012 spielte er mit D’Angelo und Adele. In den folgenden Jahren tourte Palladino wieder mit The Who, unter anderem während der The Who Hits 50! - Tour. Seit 2016 begleitet er John Mayer auf seiner Tournee The Search for Everything. Bei den Konzerten ist Palladino sowohl Teil der Band als auch des Trios. Auch gehört er zu Chris Dave and the Drumhedz. 2021 legte Palladino mit Blake Mills das Album Notes with Attachments vor.
In den früheren Jahren spielte Pino Palladino hauptsächlich einen bundlosen Music-Man-StingRay-Bass. Bei Aufnahmen und Konzerten in den letzten Jahren war er hauptsächlich mit seinem 61er-Fender-Precision-Bass in Fiesta Red zu sehen. Darüber hinaus spielt Pino u. a. noch einen 63er-Fender-P-Bass, einen schwarzen Fender-Jaguar-Bass (The-Who-Tour), einen weißen Moon-Larry-Graham-Signature-J-style-Bass, einen Lakland-Joe-Osborn-Signature-J-style-Bass und einen 82er-Squier-Jazz-Bass.
Bei einigen Aufnahmen, wie beispielsweise Give Blood von Pete Townshend, I’m Gonna Tear Your Playhouse Down von Paul Young oder Shouting Stage von Joan Armatrading, benutzt er einen Boss-OC-2-Octaver.
