Den 13. juli 2021 kunngjorde signeringen av Dia på en femårskontrakt fra . I sin offisielle debut for Villarreal mot i 2021 UEFA Super Cup, fikk han mye ros for sin gode prestasjon. Den 18. august 2022 gikk Dia til Serie A-klubben på lån for ett år, med en kjøpsopsjon.