Sommeren 2009 signerte Kaká en seksårskontrakt med Real Madrid Ifølge italiensk media var overgangen på hele 68 millioner euro, nær 610 millioner norske kroner. AC Milan hadde tidligere takket nei til et enormt bud fra Manchester City, men grunnet de opphopende økonomiske problemene i klubben måtte AC Milan selge. I Real Madrid CF fikk ikke Kaká alltid frihet til å bevege seg rundt på banen og klarte dermed ikke alltid å involvere seg så mye i spillet som han likte. Han opplevde for første gang å bli skadet over lengre perioder, blant annet måtte han gjennomføre en kneoperasjon, og over tid ble han overflødig i Spanias hovedstad Madrid. Da José Mourinho ble ansatt som manager for Real Madrid falt Kaká ut av laget ettersom Mourinho foretrakk Mesut Özil som playmaker, og Kaká ble stadig mer skadeplaget.