Pixel 6 và Pixel 6 Pro được Google hé lộ lần đầu vào ngày 2 tháng 8 năm 2021. Hãng xác nhận thiết kế mới của điện thoại và hệ thống SoC riêng của hãng với tên gọi Tensor.[8][9] Khác với các thiết bị Pixel trước đây sử dụng vi xử lý Qualcomm Snapdragon,[10] Google đã phát triển chip riêng của cho Pixel 6 với tên mã Whitechapel từ tháng 4 năm 2016.[11][12] Các thiết bị được Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) phê duyệt vào tháng 9.[13] Google chính thức công bố sản phẩm vào ngày 19 tháng 10 năm 2021 tại sự kiện Pixel Fall Launch[14][15] và bày bán tại chín quốc gia từ ngày 28 tháng 10.[16][17] Foxconn là bên phụ trách sản xuất.[18] Ban đầu Foxconn dự định sản xuất các thiết bị Pixel 6 tại Việt Nam, nhưng do chính phủ Trung Quốc áp đặt các biện pháp kiểm soát biên giới nghiêm ngặt để đối phó với đại dịch COVID-19, việc sản xuất đã phải chuyển về Trung Quốc.[19] Google đã tăng gấp đôi sản lượng điện thoại so với năm trước đó, tức xấp xỉ bảy triệu thiết bị nhằm thúc đẩy thị phần.[20] Vào thời điểm ra mắt, Pixel 6 chưa được mở bán ở Ấn Độ do các vấn đề về chuỗi cung ứng.[21]

Trong sự kiện ra mắt, Google cũng đã công bố các loại ốp lưng chính thức với ba tùy chọn màu cho Pixel 6 và bốn tùy chọn màu cho Pixel 6 Pro (có sẵn để đặt trước vào cùng ngày),[22] cũng như sạc không dây Pixel Stand thế hệ thứ hai (bắt đầu bày bán từ ngày 18 tháng 11 và giao hàng từ ngày 13 tháng 12).[23][24] Khách hàng có thể bắt đầu đặt trước sản phẩm vào cùng ngày.[25] Những thiết bị đầu tiên bắt đầu được giao từ ngày 25 tháng 10.[26] Khác với những năm trước, Google Store không cung cấp bất kỳ khoản giảm giá nào cho các thiết bị vào dịp Thứ Sáu Đen.[27] Vào tháng 2 năm 2022, Pixel 6 và Pixel 6 Pro có mặt tại Ý và Tây Ban Nha với "số lượng hạn chế",[28] và ra mắt giới hạn tại Singapore hai tuần sau đó.[29]