Cássio começou sua carreira no Grêmio em 2005, onde foi convocado para as seleções de base. Com apenas 20 anos, se transferiu para o PSV, da Holanda. Permaneceu cinco anos no futebol europeu sem nunca conseguir alcançar a titularidade. Assim, no final 2011, após uma rescisão amigável, decidiu retornar ao futebol brasileiro.

Chegou ao Timão com bastante desconfiança para ser apenas uma opção para o banco de reservas. No entanto, com o desempenho abaixo do esperado do então titular Júlio César, Cássio fez sua estreia com a camisa corintiana no Paulista e agarrou a oportunidade. Se tornou titular da equipe e logo em seu primeiro jogo pela Copa Libertadores foi eleito o melhor em campo.

Foi fundamental para a conquista do Corinthians na competição continental, sendo decisivo nas partidas finais com ótimas defesas - a principal delas, em um chute cara a cara contra Diego Souza pelas quartas de final.

"Eu fiquei bem tranquilo no lance. Esperei ele definir o canto para conseguir defender. Foi um lance que ajudou muito a equipe".

No Mundial de Clubes, Cássio foi novamente um dos destaques da equipe com grandes defesas contra o Chelsea.

As boas atuações e os títulos importantes levaram o goleiro à Seleção Brasileira e a condição de ídolo da torcida corintiana.

No dia 2 de março de 2019, se isolou como o segundo goleiro com mais jogos com a camisa do Corinthians. Cássio disputou a sua partida de número 396 contra o São Bento, passando Gylmar dos Santos Neves e ficando atrás apenas de Ronaldo Giovanelli.