Doumayrou fa parte di una famiglia di rugbisti: suo fratello maggiore Quentin è un giocatore professionista, mentre il padre Serge fu campione di Francia con il nel 1983. Nonostante il grande coinvolgimento familiare, egli iniziò l'attività rugbistica solo a quindici anni entrando nella famosa scuola di formazione di Pic Saint-Loup (dove crebbero tra gli altri François Trinh-Duc e Fulgence Ouedraogo). Trascorse lì un anno e mezzo e poi si trasferì nelle giovanili del Beziers, ma non vi rimase a lungo, infatti ben presto passò al . Con il club proveniente dall'Hérault debuttò a livello professionistico nel 2008 subentrando in una partita di Top 14 contro il . Rimase nel Montpellier per un totale di quattro stagioni, raccogliendo poco meno di sessanta presenze in tutte le competizioni senza, però, vincere nessun titolo. Nel maggio 2012 annunciò il suo passaggio allo , club con cui firmò un contratto triennale. La sua esperienza parigina coprì, invece, un arco di cinque annate che lo portarono alla vittoria del Top 2014-2015 e della Challenge Cup 2016-2017. Oltre ad essere sceso in campo come titolare in queste due finali, giocò anche quella della Challenge Cup 2012-2013 dove lo Stade Français fu sconfitto dal . A partire dalla stagione 2017-2018 milita nel , con cui stipulò, già nell'ottobre 2016, un accordo quadriennale. Nell'annata 2018-2019 ha raggiunto con la squadra della città atlantica la semifinale del Top 14 e la finale della Challenge Cup, la terza giocata da titolare nella sua carriera.