* Antal matcher och mål i seniorlag räknas endast för de inhemska ligorna och är korrekt per den 15 september 2017. ** Antal landskamper och mål är korrekta per den 28 mars 2017.
Dembélé debuterade för Rennes i Ligue 1 den 6 november 2015 i en vinstmatch över Angers (2–0), där han ersatte Kamil Grosicki i den 86:e minuten.[1] Den 22 november 2015 gjorde Dembélé sitt första mål i en 2–2-match mot Bordeaux.[2] Den 6 mars 2016 gjorde han sitt första hattrick i en 4–1-vinst över Nantes.[3]
Den 12 maj 2016 skrev han på ett femårskontrakt med den tyska klubben Borussia Dortmund.[4]
Den 24 augusti 2017 var det klart att Dembélé går till FC Barcelona för 147 miljoner euro vilket gör honom till världens tredje dyraste fotbollsspelare genom tiderna efter Neymar och Kylian Mbappé. Kontraktet är på 5 år och innehåller en utköpsklausul på 4 miljarder kronor.