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2000年，庞伟进入保定市第二重点业余体育学校射击中心开始练习射击项目，受张广伟教练的训练。
2002年，庞伟参加全国射击赛、全国青少年射击赛并获得冠军。
2003年，庞伟进入河北省队，由教练张胜阁进行指导训练。
2005年，庞伟进入国家队，教练王义夫，成为当时中国射击队最年轻的运动员。
2006年，庞伟以总成绩683.8环获得萨格勒布世界锦标赛男子10米气手枪冠军，为中国射击代表队获得该次世锦赛第一枚金牌，此次也是庞伟首次在国际大赛上亮相；与林忠仔和谭宗亮组合，世界锦标赛男子团赛10米气手枪的预赛压倒俄罗斯，并赢得金牌；与林忠仔和谭宗亮组合参加多哈亚运会男子团体10米气手枪小项，并赢得中国于该届亚运中的第6面金牌。
2007年，庞伟参加全国城市运动会并获得50米自选手枪慢射冠军；在射击世界杯总决赛上获得男子10米气手枪铜牌。
2008年，在北京奥运会男子10米气手枪决赛中，庞伟以688.2环勇夺金牌，为中国射击队赢得了本届奥运会的首枚金牌，也是中国代表团收获的第二枚金牌。
2011年，庞伟在深圳世界大学生运动会男子10米气手枪获得亚军。
2012年，庞伟在亚洲射击锦标赛男子50米手枪慢射中获得第九名；在伦敦奥运会射击比赛男子10米气手枪中以总成绩683.7环获得第四名。
2014年，在仁川亚运会男子50米手枪慢射团体赛中，庞伟与蒲琪峰和王智伟组合并以1692环夺得金牌，收获中国队在仁川亚运会上的第三枚金牌；在男子十米气手枪团体比赛中，庞伟与蒲琪峰和王智伟组合以1743环获得亚军。
2016年，射击世界杯首站男子50米手枪慢射庞伟获亚军；射击世界杯慕尼黑站，庞伟以190.3环的成绩获得男子50米手枪慢射亚军；中国选手庞伟在里约奥运会男子10米气手枪决赛上打出180.4环的成绩，获得第三名。
2017年，第十三届全运会射击比赛在天津团泊体育中心射击馆继续进行，男子10米气手枪，奥运冠军庞伟获得第六名；第十三届全运会射击比赛在天津团泊体育中心射击馆进入到最后一天，10米气手枪混合团体赛，河北队庞伟、赵须险胜河南组合何正阳、周莹，夺得金牌。
2019年，在福建莆田举行的2019国际射联步手枪世界杯总决赛中，庞伟夺得男子10米气手枪金牌。
2020年，在全国射击冠军赛（手枪项目）男子10米气手枪比赛中，庞伟以242.5环的成绩夺得冠军。
2021年，在东京奥运会射击男子10米气手枪决赛中，庞伟以217.6环收获铜牌，这也是他在四届奥运会征战历程中收获的第三枚奖牌；随后和搭档姜冉馨获得东京奥运会十米气手枪混合团体金牌。
2010年10月，庞伟同吴敏霞一起领衔体育明星拍摄公益宣传片：“伸出双手，奉献爱心”。
▪2016 里约奥运会男子个人10米气手枪铜牌 （获奖）
▪2014 仁川亚运会50米自选手枪慢射金牌 （获奖）
▪2014 仁川亚运会男子团体10米气手枪亚军 （获奖）
▪2014 仁川亚运会男子个人10米气手枪亚军 （获奖）
▪2012 伦敦奥运会男子个人10米气手枪第四名 （获奖）
▪2012 射击亚洲锦标赛男子个人10米气手枪第九名 （获奖）
▪2011 深圳大运会男子个人10米气手枪亚军 （获奖）
▪2008 北京奥运会男子个人10米气手枪金牌 （获奖）
▪2007 世界杯总决赛男子10米气手枪季军 （获奖）
▪2007 全国城市运动会50米自选手枪慢射冠军 （获奖）
▪2006 射击世界锦标赛男子个人10米气手枪冠军 （获奖）
▪2006 多哈亚运会男子团体10米气手枪冠军 （获奖）
▪2006 射击世界锦标赛男子团体10米气手枪冠军 （获奖）
▪2006 多哈亚运会男子团体50米气手枪冠军 （获奖）
▪2021-7-27 东京奥运会十米气手枪混合团体金牌 （获奖）
庞伟的技术比较稳重，他平时不爱多说话，但这正造就了他稳定的心理素质。他的技术很细腻，有独到之处。（教练张胜阁评）
庞伟应该说还是非常优秀的，根据他的特性，我们也在逐步挖掘他的潜力，这孩子非常拼搏，非常懂事，不是那种张扬的人。希望他可以尽快调整好自己吧。（教练王义夫评）
