В 1900 посетил Париж, в 1904–1906 и 1912 совершил путешествия по Италии и Германии, в 1907 побывал в Голландии, Бельгии, Англии.

В 1903 стал одним из членов-учредителей Союза русских художников. В 1903–1905 принимал участие в выставках «Мира искусства». В 1907 был среди организаторов объединения «Свободная эстетика». В 1905 удостоен звания академика.

После революции работал в Комиссии по охране памятников искусства и старины при Моссовете. В 1921 вместе с женой и двумя дочерьми переехал в Берлин. В 1924 по предложению парижского издателя А. Э. Когана отправился в историко-этнографическую экспедицию в Палестину, итогом которой стала обширная монография с репродукциями выполненных там рисунков Пастернака. В 1927–1928 и 1932 в галерее В. Хартберга в Берлине состоялись персональные выставки художника.

В эмиграции много занимался литографией, выполнил серию портретов известных деятелей культуры. После прихода к власти в Германии национал-социалистической партии Пастернаку было запрещено заниматься живописью. Художник начал в советском полпредстве переговоры о возвращении в СССР, но они не имели успеха. В 1938, после смерти жены, он переселился к дочерям в Англию. Последние годы жизни почти безвыездно жил в Оксфорде.

Мемориальные выставки Пастернака прошли в 1958 в Пушкинском клубе в Лондоне, в 1959 — в Музее Эшмолиан в Оксфорде. Ретроспективы произведений художника были организованы в 1962 в Бристоле (Городской музей) и Мюнхене (Городская галерея), 1969, 1979, 2001 в Москве (Государственная Третьяковская галерея), 1975 — Дюссельдорфе и Базеле, 1982 — Оксфорде (Музей современного искусства), 1987 — Вашингтоне.

Пастернак имел репутацию одного из лучших рисовальщиков и портретистов своего времени. Творчество мастера сложно причислить к какому-либо конкретному художественному направлению. И хотя его часто называют русским импрессионистом, это более верно в отношении манеры художника, чем его метода и стиля. Так, пастели больше тяготеют к импрессионизму, в то время как парадные портреты обнаруживают черты стиля модерн.

Творчество Пастернака представлено во многих музейных собраниях в России и за рубежом, в том числе в Государственной Третьяковской галерее, ГМИИ им. А. С. Пушкина, Государственном Русском музее, Музее Орсэ в Париже, Музее Эшмолиан в Оксфорде.