11 lipca 2014 kluby FC Barcelona i Liverpool doszły do porozumienia w sprawie 5-letniego kontraktu dla Suareza. Zadebiutował na Santiago Bernabéu w przegranym 3:1 meczu w El Clásico w którym zaliczył asystę przy bramce Neymara. Pierwszego gola dla Dumy Katalonii strzelił w meczu fazy grupowej Ligi Mistrzów przeciwko cypryjskiemu klubowi APOEL FC. Już w pierwszym sezonie zdobył potrójną koronę wygrywając z „Dumą Katalonii” mistrzostwo Hiszpanii, Puchar Króla i Ligę Mistrzów. 20 grudnia 2015 triumfował w Klubowych mistrzostwach świata 2015, pokonując w finale River Plate (3:0). 20 kwietnia 2016 w wygranym 8:0 meczu 34. kolejki Primera División z Deportivo La Coruña, Suárez strzelił 4 gole oraz zaliczył 3 asysty, dzięki zdobyciu tych bramek, awansował z 30 golami na 2. miejsce w klasyfikacji strzelców ligi hiszpańskiej, tuż za Cristiano Ronaldo (31 goli), a także został liderem Primera División w klasyfikacji kanadyjskiej z 43. punktami (30 goli + 13 asyst). 11 stycznia 2017 w wygranym 3:1 meczu 1/8 finału Pucharu Króla z Athletic Bilbao, zdobył swojego 100. gola w 120 spotkaniach w barwach Barcelony, stając się trzecim najszybszym zawodnikiem w historii, który strzelił 100 goli.