Casemiro jugó para las categorías inferiores del São Paulo Futebol Clube donde consiguió algunos logros antes de pasar al primer equipo en el año 2010.

[13]​ Tras finalizar la cesión, el 10 de junio se hizo efectiva su integración al primer equipo.

[15]​ Desde entonces fue un habitual en las alineaciones de Zinedine Zidane hasta convertirse en el centrocampista titular del club.

El gol fue clave en el partido, y sirvió para que «los blancos» ganaran la final disputada en Cardiff.

Sin embargo el equipo lograría esa temporada la FA Cup, venciendo al Manchester City en la final por marcador de 2-1.

[21]​ Empezó como titular y jugó los noventa minutos en el debut de Brasil en la Copa América 2019 contra Bolivia.

Tras vencer a este último por 3-1, Casemiro obtuvo su primer título con Brasil en la selección adulta.

[24]​ Disputó 9 partidos de las Eliminatorias Sudamericanas para la Copa Mundial 2022 marcando un gol ante Ecuador en el empate 1-1.