Diouf melakukan debutnya untuk tim nasional Senegal pada tahun 2009 dalam kemenangan persahabatan 2-1 melawan Republik Demokratik Kongo; ia juga mewakili negaranya di Piala Afrika 2015 dan 2017, serta Piala Dunia FIFA 2018.
Diouf memulai karirnya di Molde setelah bergabung dengan klub Norwegia tersebut pada Januari 2007. Pada musim keduanya di Molde, dan musim pertama di Tippeligaen, Diouf tampil baik dan mencetak total lima gol melawan Brann dalam dua pertandingan musim 2008, dua gol dalam kemenangan 4-3 di pertandingan Tippeligaen di Bergen pada 31 Mei dan tiga gol dalam kemenangan 8-0 di Piala pada 23 Juli. Gol-gol ini membuat muncul rumor bahwa Brann tertarik untuk merekrut Diouf. Ia juga dikaitkan dengan Arsenal, Feyenoord, Groningen, West Bromwich Albion, dan Red Bull Salzburg. Pada musim 2009, ia mencetak 16 gol dalam 29 pertandingan. Meskipun performanya yang kuat, Molde hanya finis di posisi kedua di liga dan piala. Salah satu momen penting musim itu adalah kemenangan 5-2 melawan Brann pada 12 Juli 2009, di mana Diouf mencetak hat-trick dalam sembilan menit pertama pertandingan, dan menambahkan gol keempatnya pada menit ke-27.
Pada Mei 2009, Diouf mendapatkan minat dari beberapa klub senior dan pada 17 Juli 2009, Molde dan Manchester United mengumumkan bahwa transfer untuk pemain tersebut telah disepakati. Diouf dipinjamkan kembali ke Molde untuk sisa musim 2009 di Norwegia, sebelum bergabung dengan rekan-rekan setim barunya di Manchester pada Januari 2010. Diouf membuat debutnya untuk Manchester United pada 7 Januari 2010, mengenakan nomor punggung 32 yang sebelumnya dipakai oleh Carlos Tevez, dan tampil sebagai pemain pengganti pada menit ke-81 dalam pertandingan liga melawan Birmingham City yang berakhir imbang 1-1. Diouf membuat debut di kandang untuk United dalam kemenangan 3-0 melawan Burnley pada 16 Januari 2010, masuk sebagai pemain pengganti pada menit ke-74 menggantikan Wayne Rooney. Di akhir pertandingan, Diouf mencetak gol pertamanya untuk United; setelah mendapatkan umpan dari Antonio Valencia, ia mencetak gol dengan sundulan melengkung melewati kiper Burnley Brian Jensen dan merayakan gol tersebut.
Follow