Maximiliano Pellegrino fue habitual en las alineaciones de Vélez Sarsfield desde su debut en el equipo en 1999 hasta su venta en 2007.
Fue titular en el Torneo Clausura 2005 que ganó Vélez Sarsfield, su único título profesional, haciendo dupla central con Fabricio Fuentes.
Durante el mercado invernal de 2007 fue pretendido por el Benfica de Portugal para reemplazar a Ricardo Rocha pero los dirigentes de ambos clubes no llegaron a un acuerdo por el pase.
Sin embargo, para la temporada 2007-08 fue finalmente vendido al fútbol europeo, específicamente al Atalanta de Italia, club en el que se desempeñó hasta el año 2010.
Es el hermano menor del exjugador de fútbol Mauricio Pellegrino.