Di Santo startet karrieren hos sin lokale klubb Godoy Cruz i 2005, og var der bare èn sesong før han flyttet til Audax Italiano. I 2006/2007 sesongen scoret han 16 mål på 69 kamper for klubben. Mot slutten av sesongen ble flere toppklubber interessert i spissen, blant andre Chelsea, Manchester United og . Overgangen fra Audax Italiano til Chelsea ble fullført den 25. januar 2008 da han signerte en fire og et halvt års kontrakt.