Goldschmidt fait ses débuts dans le baseball majeur le avec les Diamondbacks. Il frappe le jour même son premier coup sûr dans les grandes ligues, face à Matt Cain, lanceur des Giants de San Francisco. Le 2 août, contre ces mêmes Giants, il cogne son premier coup de circuit, une claque de deux points contre le lanceur Tim Lincecum qui place les D-Backs en avant 2-1 dans un match qu'ils gagneront 6-1[3]. Goldschmidt dispute 48 parties en fin de saison avec Arizona et boucle l'année avec huit circuits et 26 points produits. Dans le troisième match de la Série de divisions entre Arizona et Milwaukee, il devient le premier joueur de la franchise à frapper un grand chelem en séries éliminatoires dans un match où les Diamondbacks évitent l'élimination. Avec cinq points produits dans cette partie, il égale aussi le record d'équipe pour un match d'après-saison[4].
Saison 2012
Paul Goldschmidt en 2011.
À sa première saison complète dans les majeures en 2012, Goldschmidt dispute 145 matchs et affiche une moyenne au bâton de ,286 avec sa première saison de 20 coups de circuit. Il produit 82 points, termine 4e de la Ligue nationale avec 45 doubles[5] et réussit 18 buts volés en 21 tentatives.
Saison 2013
En mars 2013, Goldschmidt reçoit des Diamondbacks une prolongation de contrat de 32 millions de dollars pour 5 saisons[6].
Il y fait suite en étant la vedette des Diamondbacks et l'un des meilleurs joueurs du baseball dans la saison qui suit. Il termine d'ailleurs 2ederrièreAndrew McCutchen des Pirates de Pittsburgh au vote de fin d'année désignant le joueur par excellence de la saison en Ligue nationale.
Goldschmidt reçoit à la mi-saison sa première invitation au match des étoiles, puis gagne à la fin de l'année le Bâton d'argent et le Gant doré décerné au meilleur joueur de premier but offensif et défensif, respectivement, de la Ligue nationale.
Saison 2014
Cette section est vide, insuffisamment détaillée ou incomplète. Votre aide est la bienvenue! Comment faire?
Goldschmidt est voté joueur de premier partant de l'équipe de la Ligue nationale au match des étoiles 2014[9].
Saison 2015
Élu joueur de premier but partant de l'équipe de la Ligue nationale au match des étoiles 2015 à Cincinnati[10], Goldschmidt honore sa 3esélection.
Gagnant de ses seconds Gant doré et Bâton d'argent, Goldschmidt, tout comme en 2013, termine au second rang du vote désignant le joueur par excellence de la Ligue nationale, cette fois derrière Bryce Harper.