Pancho Segura vann vid 17 års ålder (1938) de nationella mästerskapen i sitt hemland och ett antal andra sydamerikanska titlar. Han utvecklade sedan sitt spel under sin tid som stipendiat vid University of Miami och rankades 1942 som nummer 4 i USA. Det andra världskriget hindrade honom från turnerande utanför USA under första halvan av 1940-talet. I USA vann han 1943-45 15 av 30 turneringar (107 av 122 matcher).

Bland meriterna under amatörperioden kan nämnas segern i US Intercollegiate Championships 1943-45 (rekord) och Amerikanska inomhusmästerskapen 1946. Segura vann aldrig någon av de fyra Grand Slam-turneringarna men spelade i sju semifinaler i Amerikanska mästerskapen innan han blev professionell spelare 1947.

Som proffs hamnade han till en början i skuggan av sina samtida kollegor Jack Kramer and Pancho Gonzales. Han turnerade sedan under 2 årtionden och blev en av de stora mästarna. Han vann US Pro tre år i rad, 1950 (finalseger över Frank Kovacs) och 1951-52, båda gångerna efter finalseger över Pancho Gonzales. Han var i final ytterligare 4 gånger, senast 1962. Han nådde också finalen i Wembley World Pro vid 4 tillfällen, men vann inte någon titel.

Segura deltog i herrdubbeln i Wimbledonmästerskapen 1968 tillsammans med Alex Olmedo. I andra omgången vann paret den längsta dubbelmatchen som spelats i turneringen, hela 94 game i mötet mot Abe Segal och Gordon Forbes (32-30, 5-7, 6-4, 6-4).