Воспитанник «Сан-Каэтано», начинал профессиональную карьеру в «Гремио», где был признан одним из самых перспективных латералей в стране. В 2012 году перешёл в московский ЦСКА, с которым выиграл три чемпионата России, один Кубок России и три Суперкубка России. В декабре 2011 года российский ЦСКА предложил 15 млн евро за переход защитника, однако руководство «Гремио» отказало «армейцам». В апреле 2012 года переговоры продолжились. Стороны сделки пришли к решению, что российский клуб заплатит за переход игрока 6 млн евро, а позже, в августе, доплатит ещё 8 млн евро «Гремио» и 1 млн евро «Сан-Каэтано», после чего бразилец продолжит карьеру в ЦСКА. 22 апреля президент «Гремио», Паул Одоне, сообщил, что между клубами достигнута договорённость о переходе Фернандеса. Позже агент игрока рассказал, что «по Марио было два предложения с одинаковой ценой — от ЦСКА и "Реала“, который тогда возглавлял Моуринью. Не спрашивайте меня почему, но Марио выбрал Россию». 4 мая 2012 года армейский клуб официально объявил о заключении с Марио Фернандесом пятилетнего контракта. За команду футболист начал выступать под номером 13. Через год игрок сменил номер на № 2. В предсезонных товарищеских матчах с «Химками» и московским «Торпедо» отметился двумя забитыми мячами. Дебютировал в матче первого тура чемпионата России сезона 2012/2013 с «Ростовом». Сыграл в 28 матчах чемпионата, отдал 2 голевые передачи, получил 2 жёлтые карточки. При этом он получил ряд непростых травм — травму лица в матче против «Тюмени» в Кубке страны (несколько матчей сыграл в маске), повреждение голеностопа в игре со шведским «АИК» в матче Лиги Европы, сотрясение мозга по ходу контрольного поединка с донецким «Шахтёром», но самая серьёзная травма у него случилась в конце чемпионского матча против «Кубани» — повреждение заднего рога мениска и надрыв медиальной связки. Из-за этой травмы он не смог с командой отпраздновать чемпионство. Попал в список 33 лучших футболистов чемпионата России сезона 2012/2013. Смог вернуться на поле только к матчу 17-го тура в сезоне 2013/2014 против московского «Спартака» (1:0). Первый гол за ЦСКА забил 2 марта 2014 года в матче 1/8 финала Кубка России 2013/14 с саратовским «Соколом». 29 июня 2017 года ЦСКА объявил о подписании нового контракта с футболистом до 2022 года. 17 июля 2018 года в прессе появились слухи об интересе к Фернандесу со стороны таких клубов как «Валенсия» и «Интер». Через некоторое время агент футболиста заявил, что Фернандес остается в ЦСКА. 27 июля 2018 года стал обладателем Суперкубка России, приняв участие в победном голе в дополнительное время. 18 февраля 2021 года подписал новый контракт с клубом до окончания сезона-2023/24.