In carriera ha totalizzato complessivamente 7 presenze ed una rete in Serie B, tutte con la maglia del Catanzaro.
Allenatore
Viterbese
Inizia ad allenare come vice nella Viterbese. Nella stagione 2001-2002 subentra, assieme a Francesco Graziani, sulla panchina del Catania (Serie C1, girone B) nelle ultime 2 partite (1 vittoria e 1 sconfitta), piazzandosi al 3º posto ed ottenendo la promozione in Serie B dopo i play-off e lo spareggio finale vinto contro il Taranto. Nel Catania l'anno precedente è stato responsabile anche del settore giovanile e coordinatore dell'Area Tecnica
Catania e Paternò
L'anno successivo (2002-2003) prosegue l'esperienza a Catania, insieme a Graziani, in Serie B, ma arriva l'esonero dopo 12 giornate (3 vittorie, 3 pareggi e 6 sconfitte), in una stagione tribolata che vede i siciliani cambiare altri 3 allenatori (Reja, Toshack e Guerini), con un 17º posto finale che significa retrocessione, rimediata dal successivo ripescaggio.
Nel 2003-2004 allena il Paternò (Serie C1), che si classifica al 16º posto (8 vittorie, 8 pareggi e 18 sconfitte), ma retrocede dopo i play-out.
Lanciano e Padova
Nella stagione 2004-2005 passa al Lanciano sempre in Serie C1, piazzandosi in 7ª posizione (12 vittorie, 10 pareggi e 12 sconfitte) Gli viene assegnato il premio A.I.A.C della Sicilia.
Nel 2005-2006 si trasferisce a Padova (Serie C1), alla 23ª giornata il Padova è dentro di 8 punti nella zona Play-Off e, grazie al collaudato 4-1-4-1 di Mister Pellegrino, sta esprimendo un calcio spettacolare; nei mesi successivi a causa di infortuni e di giocatori sottotono il Padova perde terreno ottenendo il 9º posto (11 vittorie, 14 pareggi e 9 sconfitte). Viene poi premiato miglior allenatore dell'anno in Serie C1.
L'anno successivo 2006-2007 inizia ancora a Padova (Serie C1), ma viene esonerato dopo 16 giornate (5 vittorie, 4 pareggi e 7 sconfitte). Al suo posto arriva Andrea Mandorlini. I veneti, al termine del campionato, si piazzano al 7º posto.
Martina
Nel 2007-2008 inizia sulla panchina del Martina (C1-B), ma ci sono le sue dimissioni, stavolta dopo sole 8 giornate (4 pareggi e 4 sconfitte). I pugliesi arriveranno poi al 18º posto, retrocedendo in Serie C2.
Lecco, Cassino e Sudtirol
Nel 2008-2009 subentra sulla panchina del Lecco (Lega Pro Prima Divisione, girone A), arrivando in 15ª posizione ed ottenendo un'ottima salvezza dopo i play-out con la Sambenedettese. Ancora un premio come miglior allenatore in C1 agli oscar del calcio siciliano. Il 30 giugno 2009 diventa il nuovo allenatore del Cassino in Seconda Divisione[2], ma il 1º febbraio 2010 viene sollevato dall'incarico[3] mentre il 1º marzo viene richiamato al posto di Stefano Sanderra[4].
Il 21 marzo 2011 diventa il nuovo allenatore del Südtirol-Alto Adige in Prima Divisione e retrocede dopo una grande rimonta in classifica nei play out contro il Ravenna ed un incredibile finale con Pellegrino espulso.[5] Nella stagione successiva il suo posto viene preso da Giovanni Stroppa.[6]
Ritorno al Lecco e al Catania
Il 4 ottobre torna a sedere sulla panchina del Lecco in Seconda Divisione, squadra che aveva già guidato nel 2009.[7] Il 17 gennaio 2012 con il Lecco ultimo in classifica (13 punti in 21 giornate), rassegna le dimissioni.
Il 6 aprile 2014 viene chiamato dal presidente Pulvirenti sulla panchina del Catania, ultimo in classifica in Serie A, per sostituire l'esonerato Rolando Maran.[8] Debutta il 13 aprile nella sfida contro il Milan persa dai siciliani 1-0.[9] Ottiene la sua prima vittoria il 19 aprile nella partita contro la Sampdoria vinta in casa 2-1.[10] Il 4 maggio vince per la seconda volta consecutiva in casa contro la Roma, seconda in classifica, per 4-1.[11] L'11 maggio pur vincendo 2-1 a Bologna il Catania retrocede.
Il 18 maggio 2014, dopo la vittoria per 2-1 del Catania contro l'Atalanta, Pellegrino viene confermato dalla società anche per la stagione successiva in Serie B, dato che il suo bilancio è ottimo (12 punti in 6 partite).[12] Il 14 settembre 2014, è esonerato dopo la terza giornata, in seguito alla sconfitta subita a Perugia per 1-0, la seconda in 3 partite di campionato. Gli subentra Giuseppe Sannino[13], che poi si dimette il successivo 19 dicembre cedendo nuovamente la panchina a Pellegrino[14]. Il 3 gennaio 2015 viene sollevato dall'incarico e sostituito da Dario Marcolin[15].
Dirigente
Nel 2010 si trasferisce in Romania al Bihor Oradea con la carica di Direttore Tecnico e docente in corsi di aggiornamento.
Nel settembre del 2013, diventa coordinatore degli allenatori del settore giovanile del Catania.[16] Il 14 settembre 2014[13] e il 3 gennaio 2015[15], in seguito agli esoneri dall'incarico di allenatore della prima squadra, torna a ricoprire il ruolo di responsabile del settore giovanile degli etnei fino al 30 giugno 2015, data della scadenza del contratto.
Il 6 agosto 2020, a seguito dell'acquisizione del Catania da parte di SIGI, Pellegrino viene nominato direttore dell'area sportiva della società rossoazzurra.[17]