Jalkapallon MM-kisoissa Suarez syyllistyi jälleen kerran vastustajan puremiseen, jonka seurauksena Liverpool päätti myydä Suárezin FC Barcelonaan. Siirto varmistui 11. heinäkuuta yli 70 miljoonalla punnalla. Fifan asettaman rangaistuksen mukaan, Barcelona ei saa esitellä uutta hankintaansa kannattajilleen, ennen kuin Suarezin kaikkea jalkapallotoimintaa koskeva panna päättyy. 14. elokuuta Suárezin saamaa pannaa lievennettiin, ja näin Suárez pääsee osallistumaan Barcelonan harjoituksiin ja epävirallisiin otteluihin. 19. elokuuta El Pistolero esiteltiin Barcelonan faneille ensimmäistä kertaa. Debyytti-ottelunsa hän oli pelannut edellisenä päivänä meksikolaista Leónia vastaan. Joulukuussa 2016 Suarez solmi FC Barcelonan kanssa jatkosopimuksen joka ulottuu vuoden 2021 kesäkuuhun saakka.