El 24 de julio de 2019 firmó su primer contrato profesional con el F. C. Barcelona, que incluía una cláusula de rescisión de cien millones de euros y tendría una duración de tres años más otros dos opcionales. Con ficha en el equipo juvenil, el 25 de agosto de 2019 se convirtió en el segundo jugador más joven, tras Vicenç Martínez Alama, en debutar en la plantilla del primer equipo a los 16 años y 298 días. Ansu Fati sustituyó en el minuto 78 a Carles Pérez en el triunfo por 5 a 2 ante el Real Betis, en el Camp Nou, correspondiente a la segunda jornada de Liga.