Douglas Costa tekende in juli 2015 een contract tot medio 2020 bij Bayern München, dat €29.650.000,- voor hem betaalde aan Sjachtar Donetsk. Hij maakte op zaterdag 1 augustus zijn officiële debuut voor de Duitse club, in een na strafschoppen verloren wedstrijd om de DFL-Supercup 2015 tegen VfL Wolfsburg. Zijn eerste doelpunt voor Bayern München volgde op 14 augustus 2015. De club won die dag in de eerste speelronde van het seizoen 2015/16 thuis met 5–0 van Hamburger SV, waarin hij het laatste doelpunt maakte. Douglas Costa speelde in twee seizoenen vijftig competitiewedstrijden voor Bayern München en werd in die tijd twee keer landskampioen met de club. Een onbetwiste basisspeler werd hij alleen niet.