Cássio começou a carreira como profissional no Grêmio, após ser descoberto na cidade de Veranópolis. Foi promovido aos profissionais do clube em 2006.

A sua partida mais importante foi contra o Fluminense, no dia 26 de outubro: ele entrou no lugar de Galatto, que estava lesionado e deu uma assistência, da sua área, para o gol de Germán Herrera.No entanto, Cássio nunca mais jogou pelo Tricolor. O final de 2006, entretanto, reservava a Cássio um futuro melhor.

Com a lesão de Marcelo Grohe, Cássio foi chamado para servir a Seleção Brasileira Sub-20 no Sul-Americano Sub-20, a ser realizado em 2007. Inicialmente, Cássio seria o terceiro goleiro do grupo. Contudo, o caso de doping de Felipe e uma doença contraída por Muriel fizeram com que Cássio assumisse a titularidade da Seleção.

Mesmo após a recuperação de Muriel, Cássio seguiu como titular e a Seleção sagrou-se campeã do torneio. Mesmo que tivesse tido boas atuações no Sul-Americano, estas não foram suficientes para que Cássio virasse goleiro titular do Grêmio.

Com a concorrência de Saja, Galatto e Marcelo Grohe, ele teve poucas chances de se afirmar no clube. Na janela de verão do mercado europeu, em 2007, o PSV Eindhoven contratou Cássio. Contudo, Cássio nunca foi titular do time neerlandês. Ele jogou poucas partidas pelo time de Eindhoven, mas fazia parte do elenco que conquistou o Campeonato Neerlandês na temporada 2007-2008 e a Supercopa dos Países Baixos de 2008.

Atuou a segunda parte da temporada 2008-09 pelo Sparta Roterdã, por empréstimo. No fim de 2011, o atleta acertou contrato com o Corinthians.