Como luchador profesional, dos Santos hace apariciones en All Elite Wrestling (AEW) como miembro del American Top Team.
Dos Santos empezó entrenando Jiu-jitsu brasileño con Yuri Carlton por su condición física.
[6][7] Dos Santos se convirtió profesional en el 2006, a la edad de 21 años.
Considerado como "un perdedor importante",[8] Dos Santos noqueó a su contendiente Fabrício Werdum en un minuto y 20 segundos de la 1ª ronda, con un fuerte gancho al mentón y así poder terminarlo en el suelo con un par de golpes más,[9][10] ganándose el premio del "KO de la Noche".
Un rodillazo y gancho con la mano izquierda dejaron a Cro Cop sin saber que lo había noqueado.
[14] Se suponía que Dos Santos debía pelear contra Gabriel Gonzaga en el evento UFC 108.
[15] En su lugar Dos Santos luchó el 2 de enero del 2010 ante Gilbert Yvel,[16] ganando su pelea a los dos minutos y siete segundos de la 1ª ronda, vía KO técnico.
[20] Dos Santos utilizó una gran variedad de ataques y, por primera vez, un derribo con éxito.
Sin embargo, un desgarro dejó a Velásquez fuera de acción por casi un año.
[28] Dos Santos dominó la lucha por completo, y por decisión unánime ganó (30-27, 30-27, 30-26),[29] apoyándose fundamentalmente en sus habilidades de boxeo,[30] mostrando una mayor variedad en su juego de patadas y completar dos derribos en la tercera ronda.
[33] dos Santos derrotó a Velásquez en un minuto y cuatro segundos por nocaut en la primera ronda, ganando de esta manera el campeonato.
[34] dos Santos conectó un devastador derechazo sobre la cabeza de Velásquez, que hizo que éste cayera al suelo, y en donde dos Santos pudo finalmente noquearlo con una serie de golpes.
[36] Tras el combate, se reveló que dos Santos tenía una rotura de menisco en la rodilla,[37] que posteriormente se sometió a una cirugía de rodilla con éxito.
[40] Velásquez ganó la pelea por decisión unánime, tras haber dominado todo el combate.
dos Santos se enfrentó por 3ª vez con Caín Velásquez el 19 de octubre en UFC 166.
[66] En el verano de 2021, dos Santos comenzó a hacer apariciones para la promoción de lucha libre profesional All Elite Wrestling, respaldando al jefe del American Top Team, Dan Lambert, junto con los luchadores afiliados a ATT Andrei Arlovski, Paige VanZan, Austin Vanderford, Dalton Rosa y Jorge Masvidal.
[67] Además de su portugués nativo, Dos Santos habla inglés y español.