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.