Em 5 de julho de 2019, a Juventus anunciou oficialmente a transferência de Demiral de Sassuolo, com um contrato de cinco anos por € 18 milhões. Seu salário teria sido desdobrado em € 1,3 milhão por ano. Ele se tornou o primeiro jogador turco a jogar pelo clube. Ele fez sua estreia no clube em 21 de setembro, em uma vitória por 2–1 em casa sobre o Verona na Serie A. Ele posteriormente fez sua estréia na Liga dos Campeões em 11 de dezembro, na última partida do grupo do clube, ganhando elogios na mídia por sua desempenho ao ajudar a Juventus a não sofrer golos na vitória por 2 a 0 sobre o Bayer Leverkusen . Ele marcou seu primeiro gol pelo clube em 12 de janeiro de 2020, o primeiro gol em uma vitória por 2 a 1 fora de casa sobre a Roma, que viu a Juventus garantir o título não oficial de "Campeões de Inverno"; no entanto, ele foi mais tarde substituído por Matthijs de Ligt após sofrer uma lesão no ligamento cruzado anterior . Como resultado, esperava-se que ele fosse descartado até o final da temporada, incluindo a Euro 2020 . Ele voltou à ação em 1 de agosto, atuando como substituto na derrota em casa da Juventus por 3-1 para a Roma na Serie A, com a Juventus já confirmada como campeã da liga.