Ξεκίνησε την καριέρα του στη Σάο Πάολο, όπου σκόραρε 11 γκολ σε 112 επίσημους αγώνες. Το 2013, μετακόμισε στη Ρεάλ Μαδρίτης, η οποία τον παραχώρησε, την επόμενη χρονιά, δανεικό στην Πόρτο.[5] Ο Κασεμίρο έχει κατακτήσει 5 φορες το Ουέφα Τσάμπιονς Λιγκ (2014,2016,2017,2018,2022)
Ο Καζεμίρο, επίσης, έχει αγωνιστεί στα μικρά τμήματα της Εθνικής Βραζιλίας, U17 και U20, ενώ από το 2011 είναι βασικό στέλεχος της Εθνικής Ανδρών, συμμετέχοντας σε δύο Κόπα Αμέρικα, το 2015 και το 2016.