Revelado pelo São Paulo em 2003, o lateral permaneceu no clube durante 4 anos. Ocupando a reserva a maior parte do tempo, atuou em poucos jogos e em 2006 resolveu deixar o clube para ter mais oportunidades. Foi emprestado para Kashima Antlers e Cruzeiro, onde também não conseguiu muito espaço. Te volta ao São Paulo foi negociado com o Mônaco, da França, por mais de 12 milhões de reais. Não se firmou no futebol francês e teve uma rápida passagem pelo Santos antes de ficar sem contrato e assinar de graça com o Grêmio.

No clube Gaucho, após um inicio conturbado encontrou seu bom futebol. Tornou- se titular absoluto e terminou o Brasileirão de 2010 em alta. No entanto, com o contrato próximo do fim não aceitou a proposta de renovação e se transferiu sem custos para o Timão.

Chegou ao Corinthians para ser reserva do Roberto Carlos, no entanto com as atuações irregulares e lesões  do pentacampeão foi conquistando seu espaço. Quando o ex-jogador da seleção rescindiu seu contrato para se transferir para o Anzhi da Russia, Fabio Santos assumiu a titularidade da equipe. Aos poucos, com boas atuações se consolidou na equipe do Corinthians. Atualmente é um dos jogadores mais antigos do elenco e um dos pilares da equipe.

Jogando com a camisa do Timão a quatro temporadas, o lateral conquistou o Paulista Brasileirão, Libertadores, Mundial e Recopa.