Alves juga pernah menjadi bagian dari skuad Brasil yang meraih medali perunggu di Olimpiade 2008, dan melakukan debut internasionalnya pada tahun 2011. Ia juga mewakili Brasil dalam Copa América Centenario.
Karir klub Diego Alves dimulai di Atlético Mineiro sebelum pindah ke Almería pada tanggal 24 Juli 2007. Meskipun awalnya menjadi cadangan, ia akhirnya menjadi penjaga gawang utama dan membantu klub mencapai peringkat kedelapan di La Liga. Setelah Almería terdegradasi, Alves bergabung dengan Valencia pada tahun 2011 dan melakukan debut resminya pada 13 September 2011 dalam pertandingan melawan K.R.C. Genk di fase grup Liga Champions UEFA.
Pada tahun 2017, setelah sepuluh tahun berkarir di Eropa, Alves kembali ke Brasil dan bergabung dengan Flamengo. Di sana, ia menjadi bagian penting dalam kesuksesan klub, termasuk meraih gelar Campeonato Carioca, Campeonato Brasileiro Série A, dan Copa Libertadores pada tahun 2019. Namun, pada tahun 2020, Alves mengalami cedera dan infeksi COVID-19 yang membuatnya absen dalam sebagian besar pertandingan. Situasinya semakin sulit ketika Flamengo memutuskan untuk merekrut penjaga gawang baru.
Pada tanggal 8 Februari 2023, Alves kembali ke Spanyol dan bergabung dengan Celta.