André Santos memulai karirnya di klub Figueirense, Flamengo, dan Atlético Mineiro. Pada tahun 2008, Santos pindah ke Corinthians, dengan Figueirense mempertahankan 50% hak ekonomi untuk biaya transfer di masa depan. Kesepakatan tersebut sebagian didanai oleh DIS Esporte, yang kemudian Corinthians menjual 22,5% hak tersebut. bersama dengan Dentinho dan Renato, dengan total biaya sebesar R$ 5,4 juta. Corinthians juga menjual 40% hak kepada Turbo Sports, dengan biaya R$ 3,6 juta, dan setelah itu bermitra dengan investor untuk mendapatkan 50% hak yang tersisa dari Figueirense, sehingga Corinthians memiliki 37,5% hak pemain setelah kesepakatan tersebut. Namun, Corinthians tidak membayar Turbo Sports untuk bagian mereka dari biaya transfer (dari Fenerbahçe), setelah itu perusahaan tersebut menggugat Corinthians.
Pada tanggal 20 Juli 2009, Santos bergabung dengan klub Turki Fenerbahçe bersama rekan setimnya di Corinthians, Cristian Oliveira Baroni. Mereka menandatangani kontrak selama 5 tahun. Santos mencetak total 10 gol dalam 52 penampilan di liga untuk klub sepak bola tersebut. Ia mencetak 5 gol dalam 25 penampilan di Liga Super Turki musim 2010-2011, menjadikannya bek kiri dengan jumlah gol terbanyak di Turki. Pada tanggal 29 Agustus 2011, Arsenal menyetujui biaya transfer €7 juta untuk Santos. Santos kemudian mengatakan bahwa ia tidak meninggalkan Fenerbahçe karena situasinya yang sulit, ia tetap menyatakan bahwa ia mencintai bermain untuk mereka. "Saya meninggalkan Fenerbahçe melalui pintu depan," kata Santos kepada wartawan di bandara Istanbul pada tanggal 31 Agustus. "Saya mencintai negara ini, Istanbul, dan orang-orang Turki. Saya bisa kembali ke sini di tahap akhir karier saya. Saya bahagia di Fenerbahçe tetapi saya melakukan hal yang tepat untuk karier saya."
Pada tanggal 31 Agustus 2011, André Santos bergabung dengan Arsenal dengan kontrak jangka panjang. Fenerbahçe SK mengumumkan biaya transfer sebesar €7 juta. Ia melakukan debutnya untuk Arsenal pada tanggal 13 September, masuk sebagai pemain pengganti untuk Gervinho di menit ke-86 dalam pertandingan imbang 1-1 melawan Borussia Dortmund di Liga Champions UEFA. Pada tanggal 28 September, ia mencetak gol pertamanya untuk Arsenal dalam kemenangan 2-1 melawan Olympiacos di Liga Champions UEFA. Santos kembali tampil pada tanggal 24 Maret 2012 dalam kemenangan 3-0 melawan Aston Villa, masuk sebagai pemain pengganti untuk Kieran Gibbs di menit ke-68. Pada tanggal 13 Mei, ia mencetak gol penyama kedudukan melawan West Bromwich Albion, menyamakan skor menjadi 2-2. Arsenal akhirnya memenangkan pertandingan dengan skor 3-2 berkat gol pemenang dari Laurent Koscielny. Pada tanggal 3 November, setelah penampilan buruk di babak pertama melawan Manchester United, Santos semakin mendapat kritik setelah menukar kaos dengan mantan kapten Arsenal, Robin van Persie, di paruh pertama.
Pada tanggal 10 Februari 2013, Santos pindah ke Porto Alegre setelah menandatangani kontrak pinjaman selama satu tahun (dengan opsi bagi Arsenal untuk memanggilnya kembali setelah 6 bulan) dengan Grêmio. Ia dikontrak oleh klub untuk bermain di Copa Libertadores. Santos kemudian bergabung dengan Flamengo dengan kontrak selama dua tahun pada tanggal 18 Juli 2013, setelah masa pinjamannya di Grêmio berakhir. Pada tanggal 20 Juli 2014, Santos diserang oleh seorang pendukung Flamengo setelah penampilan buruknya dalam kekalahan 4-0 mereka melawan Internacional. Kekalahan tersebut membuat Flamengo mengumpulkan 7 poin dalam 11 pertandingan dan insiden tersebut membuat Santos harus dirawat di rumah sakit. Pada tanggal 15 Agustus 2014, bek itu mencapai kesepakatan untuk meninggalkan klub, menjadi pemain bebas.
Pada tanggal 29 September 2014, Santos bergabung dengan FC Goa, klub Indian Super League. Santos memiliki musim yang sangat sukses dengan Goa, karena ia membawa mereka mencapai babak semifinal. Sebagai pemain kunci Goa, ia mencetak 4 gol dan memberikan 3 assist dalam turnamen tersebut. Pada tanggal 5 Februari 2015, Santos bergabung dengan Botafogo (SP).