Пройдя через молодёжную академию «Севильи» и проведя два сезона в старшей команде, Рамос перешёл в «Реал Мадрид» летом 2005 года. С тех пор он стал основным игроком «Реала» и выиграл 22 главных награды, включая пять титулов Ла Лиги и четыре титула Лиги чемпионов УЕФА, став одним из лучших бомбардиров Ла Лиги с позиции защитника. Он сыграл решающую роль в формировании всех четырёх побед в Лиге чемпионов, каждый раз попадая в команду сезона. Он также отметился голом на 93-й минуте финала Лиги чемпионов УЕФА 2014 года. Рамос одиннадцать раз включался в список FIFPro World11, что является рекордом для защитника и третьим рекордом за все время. Он также девять раз избирался в команду года УЕФА, что также является рекордом для защитника и третьим показателем среди всех игроков. Кроме того, Рамос рекордные пять раз признавался лучшим защитником Ла Лиги. 8 июля 2021 года «Пари Сен-Жермен» объявил о переходе Рамоса в статусе свободного агента, контракт был подписан до 30 июня 2023 года. Рамос решил носить футболку с номером 4, а Тило Керер перешёл на футболку с номером 24. Рамос сказал: «Я довольно суеверен в этом вопросе, и мне нравится номер 4, потому что я ношу этот номер с самого начала своей карьеры, и он сопровождает меня на протяжении всей моей карьеры и жизни, принося удачу и множество побед». Во время медицинского обследования, необходимого для подписания контракта, медицинский персонал «ПСЖ» был впечатлён его серьёзностью и телосложением, а результаты медицинского обследования были отмечены как отличные и невероятные. Во время медицинского обследования, которое длилось 5 часов, медицинский персонал отметил, что тогдашний 35-летний игрок имел телосложение 25-летнего. 1 ноября 2021 года появилась информация, что ПСЖ планирует разорвать контракт с защитником, так как Рамос не смог восстановиться от различных травм, свой последний матч Рамос провёл ещё в мае. 28 ноября 2021 года Рамос дебютировал за ПСЖ в матче 15-го тура чемпионата Франции против «Сент-Этьена» (3:1) проведя на поле весь матч. 22 декабря 2021 года, в своём втором матче в чемпионате, в 19-м туре против «Лорьяна» (1:1) в течение пяти минут получил две жёлтые карточки и был удалён с поля.