Отавио — воспитанник клуба «Атлетико Паранаэнсе». 18 января 2014 года в поединке Лиги Паранаэнсе против «Прудентополиса» Сантос дебютировал за основную команду. 20 апреля в матче против «Гремио» он дебютировал в бразильской Серии А. 24 февраля 2016 года в поединке против «Крисиумы» Отавио забил свой первый гол за «Атлетико Паранаэнсе». В том же году он помог команде выиграть Лигу Паранаэнсе. Летом 2017 года Отавио перешёл во французский «Бордо», подписав контракт на 4 года. Сумма трансфера составила 5 млн евро. 26 августа в матче против «Труа» он дебютировал в Лиге 1.