Uno de los intelectuales más comprometidos de América Latina, Mário Pedrosa creó una trayectoria en la que convivieron los radicalismos en la militancia política y en la defensa del arte moderno y sus desdoblamientos. Entre 1920 y 1923, después de estudiar en Suiza, cursó derecho en Río de Janeiro y comenzó a interesarse por las causas sociales y por el marxismo. En 1924, en São Paulo, colaboró en el Diário da Noite, escribiendo crítica literaria. Allí conoció a los intelectuales vinculados al grupo modernista de São Paulo, como a Mário de Andrade, entre otros. En 1925 ingresó al Partido Comunista y, al año siguiente, fue uno de los fundadores de la Revista Proletária, prohibida por la policía después de su primer número.
En 1927, el Partido lo envió a estudiar en la Escuela Leninista de Moscú, pero Pedrosa se detuvo en el camino, en Berlín, donde, además de participar de luchas callejeras contra los nazis, asistió a cursos de filosofía y sociología y conoció las teorías de la Gestalt. En Europa entró en contacto con las vanguardias modernistas alemanas y con los surrealistas (su cuñada estaba casada con el poeta Benjamin Péret), como Louis Aragon y André Breton, y con el grupo de izquierda que editaba las revistas Clarté y Lutte de Classes. En Alemania adhirió a la oposición trotskista y, en 1929, a su regreso a Brasil, fue expulsado del Partido. En 1930 fundó el diario obrero Luta de Classes y fue detenido, por primera vez, en Río de Janeiro. En 1931 regresó a São Paulo, donde trabajó como periodista y continuó con la militancia trotskista.
En 1933 debutó en la crítica de arte en una conferencia presentada en el Club de los Artistas Modernos (CAM), sobre la grabadora alemana Käthe Kollwitz. Fue considerado el primer ensayo brasileño de crítica marxista. En 1934, después de ser baleado en una manifestación callejera antifascista, se refugió en la Galería Itu, donde se estaba presentando una muestra de los cuadros de Portinari. Después del incidente escribió una serie de textos sobre el pintor, que fueron publicados por la prensa y, más tarde, en su primera antología de ensayos Arte, necessidade vital (1949). Al año siguiente, de regreso en Río de Janeiro, Pedrosa fue nuevamente perseguido por la policía, lo que lo obligó a pasar más de un año escondido. En 1937 se exilió en Francia y participó de la fundación de la IV Internacional.
En 1939, Pedrosa se mudó a Nueva York y allí trabajó como secretario de una organización, que abandonó al año siguiente, luego de ciertas divergencias con Trotsky. En 1944, en los Estados Unidos, escribió dos ensayos sobre Alexander Calder, lo que dio inicio a la colaboración entre ambos y a la militancia de Pedrosa a favor del abstraccionismo. Al año siguiente, de regreso en Brasil, fundó el periódico Vanguarda Socialista. En 1947, ya escribiendo regularmente sobre crítica para diarios, comenzó a interesarse por la producción artística de los enfermos mentales y de los niños. Al año siguiente, se unió a varios artistas para fundar el Grupo Frente, en Río de Janeiro, el primer núcleo abstracto-concreto de Brasil, que dio origen al movimiento neoconcretista. Fue uno de los teóricos de dicho movimiento, junto a Ferreira Gullar, Hélio Oiticica y Lygia Clark.
En los años 50, además de crear la columna de artes plásticas del diario Correio da Manhã y de artes visuales del Jornal do Brasil, también dio clases de Historia del Arte, en la Facultad Nacional de Arquitectura, y de Historia de Brasil en el Colegio Pedro II, ambas instituciones situadas en Río de Janeiro. De 1953 a 1962, participó de varias maneras en todas las bienales de São Paulo y fue el responsable directo de la VI Bienal (1961). En 1957, después de ser elegido vicepresidente de la Asociación Internacional de Críticos de Arte (AICA), recibió una beca de la Unesco para estudiar las relaciones del arte japonés con el arte occidental. Entre 1961 y 1962 dirigió el Museo de Arte Moderno de São Paulo (MASP). En 1964, año del golpe militar en Brasil, publicó su libro de crítica Dimensões da arte y, al año siguiente, escribió el ensayo político A opção imperialista, al mismo tiempo en que presidió el Jurado de la IV Bienal de París (fue jurado de diversas Bienales en todo el mundo). En 1969 lideró el boicot a la X Bienal de São Paulo, en señal de protesta contra la censura de la dictadura militar.
Perseguido por el gobierno militar, en 1970 Pedrosa se refugió en la embajada de Chile, donde pasó tres meses. En respuesta, el diario New York Review of Books publicó una carta abierta al gobierno brasileño, encabezada por Calder y Picasso, con más de cien firmas, exigiendo la preservación de su integridad física. En 1971 se refugió en Chile y comenzó a trabajar para el gobierno de Salvador Allende, encargado de montar el Museo de la Solidaridad. Perseguido después del golpe militar chileno, en 1973, se refugió primero en México y después en París. En Europa escribió sobre arte y también sobre política. Regresó a Brasil en 1977.
Desde 1978, el crítico brasileño comenzó a escribir ensayos como Variações sem tema, o A arte da retaguarda, en los cuales demostraba su pesimismo en relación con los rumbos del arte moderno. Al año siguiente, ya poco interesado por el arte, comenzó a militar por la fundación del Partido de los Trabajadores (PT) y publicó el ensayo político-sociológico A crise mundial do imperialismo e Rosa Luxemburgo. En 1980, la Bienal de São Paulo creó el Premio Mário Pedrosa, entregado a un artista latinoamericano por el conjunto de su obra. Su último acto público en vida fue ser el socio fundador N.º 1 del PT, por el cual, en 2002 y 2006, resultó electo presidente de Brasil Luiz Inácio Lula da Silva. En 1991, Otilia Arantes publicó el estudio Mário Pedrosa: itinerário crítico. La mayor parte de sus ensayos sobre arte fueron organizados en varios volúmenes por las investigadoras Aracy Amaral y Otilia Arantes.