ow ile 10 milyon €'ya 4,5 yıllığına anlaştıklarını açıkladı ve Lille kulübünün başkanı Michel Seydoux da, Sow transferi için Fenerbahçe ile anlaştıklarını açıkladı. Sow, 26 Ocak 2012 tarihinde Senegal'in kampından Fenerbahçe ile anlaşma imzalamak için ayrıldı. Sow, saat 15:55 civarlarında Bata havaalanından ayrılmadan önce Fransa Haber Ajansı'na (AFP) yaptığı açıklamada; ""Evet, Türkiye'ye gidiyorum. Sağlık kontrolünden geçeceğim ve gerisine bakacağız. Yarın sabah geri döneceğim"" dedi. Sow'un aynı tarihte saat 23:00'da İstanbul'a inmesi bekleniyordu ancak hava şartları nedeniyle gece saat 00:30'da havaalanına indi. Sow, 27 Ocak 2012 tarihinde Fenerbahçe ile 4,5 yıllık sözleşme imzaladı ve 7 numaralı formanın sahibi oldu. Fenerbahçe yönetimi Sow için 2011-12 sezonunun kalanı için 1.28 milyon €, 2012-13 sezonu için 3.4 milyon €, 2013-14 sozunu için 2.6 milyon €, 2014-15 ve 2015-16 sezonlarının her biri için ise 1.4 milyon € garanti ücret ödeneceği belirtildi. Sow, Fenerbahçe'ye gelmesinin sebebi olarak; ""Avrupa'da beni isteyen çok kulüp vardı. Ama benim tercihim Fenerbahçe oldu. Çünkü Müslüman bir ülke ve aynı zamanda Fenerbahçe çok büyük bir kulüp, çok büyük oyuncuları var. Nicolas Anelka buradaydı, Mamadou Niang buradaydı ki; benim için çok özel bir oyuncudur. Issiar Dia da benim kardeşim ve o da burada oynuyor. Stattaki ambiyans ve tüm kulüple ilgili bana anlatılanlardan sonra bu kararı verdim. Gözlerimden anlaşılıyordur. Burada olmaktan çok mutluyum. Bu kararı verdiğimiz için ve burada olduğum için mutluyum."" açıklamalarında bulundu.

Sow, Fenerbahçe formasını ilk kez; 5 Şubat 2012 tarihinde oynanan ve "derbi" olarak adlandırılan maçta Beşiktaş karşısında çıktı ve o maçta da Fenerbahçe forması altındaki ilk golünü kaydetti. Fenerbahçe ise derbi olarak adlandırılan maçı 2-0 kazandı. Bu maçtan bir gün sonra Fenerbahçe asbaşkanı Cihan Kamer, Sow'un bonservis bedeli için; "Sow'u 10 milyon euroya aldık. Öncelikle bu transferde Ferit Şahenk'e, Nihat Özdemir'e ve Ali Koç'a teşekkür etmem lazım. En büyük payı Ferit Şahenk ödedi. Toplamda 8 milyon euroyu bu arkadaşlarımız ödedi. 2 milyon euroyu ise bir şekilde ödeyeceğiz." açıklamasında bulundu.

Sow, 18 Şubat 2012 tarihinde 4-2 kazandıkları Sivasspor maçında Alex de Souza'nın attığı golün pasını çıkardı ve Sow, böylece Fenerbahçe formasıyla ilk asistini yapmış oldu. 25 Şubat 2012 tarihinde ise 2-1 kaybettikleri Eskişehirspor maçında takımının tek golünü attı. 3 Mart 2012 tarihinde oynanan ve 6-1 gibi farklı bir sonuçla kazanılan Gençlerbirliği maçında da bir gol attı. Sow, Gençlerbirliği maçından sonra müthiş bir taraftar önünde güzel bir galibiyet elde ettiklerini belirterek; "Bu gece burada gelecek yaşantımda da unutamayacağım çok farklı bir karşılaşma yaşadım." açıklamasını yaptı. Sow, 9 Mart 2012 tarihinde ise Ankaragücü karşısında bir gol ve bir asist yaparak hem takımının maçı kazanmasını sağladı hem de maçın yıldızı seçildi. 18 Mart 2012 tarihinde ise Fenerbahçe Şükrü Saracoğlu Stadyumu'nda oynanan ve Dünya'nın en önemli derbilerinden biri olarak kabul edilen Fenerbahçe - Galatasaray maçının 10. dakikasında rövaşatayla attığı gol ile Fenerbahçe kariyerindeki 7. maçında 5. golünü atmayı başardı. Ayrıca Sow, derbide Galatasaray'a karşı gol atarak Fenerbahçe forması ile çıktığı ikinci derbi maçında da gol atmayı başarmış oldu. Sow, 7 Nisan 2012 tarihinde ligin son haftası olan 34. haftada takımının 2-0 kazandığı Antalyaspor maçında bir gol atarak Fenerbahçe'nin maçı kazanmasına büyük katkı sağlamış oldu. 11 Nisan 2012 tarihinde Kayserispor ile oynanan Türkiye Kupası çeyrek final mücadelesinde Fenerbahçe'nin 2-0 geriye düştüğü maçın 90+2. dakikasında skoru 2-2 yapan golü attı. Penaltı atışlarında da gol atan Sow, Fenerbahçe'nin kupada tur yükselmesinde büyük pay sahibi oldu. 
Sow, 15 Nisan 2012 tarihinde "Süper Final" mücadelesinde 2-0 kazandıkları Trabzonspor maçında da hem bir gol attı, hem de maçın yıldızı seçildi ve böylece bu sezon üç büyük takıma da gol atmış oldu. Sow, 22 Nisan 2012 tarihinde yine Süper Final mücadelesinde oynanan Galatasaray maçının 38. dakikasında Emre Çolak ile girdiği ikili mücadele sonrasında sakatlandı ve 40. dakikada yerini Henri Bienvenu'ye bıraktı. Buna rağmen Fenerbahçe maçı 2-1 kazanarak önemli bir avantaj elde etti. 23 Nisan 2012'de alınan habere göre 22 Nisan 2012 günü Galatasaray ile oynanan Süper Final mücadelesinde 38. dakikada Emre Çolak ile girdiği ikili mücadele sonrasında sakatlanan Sow'un sağlık durumu hakkında: "Sağ arka adalesinde 3. derecede yırtık tespit edildiğini ve sezonu kapattığı" haberine ulaşıldı. 14 Mayıs 2012 tarihinde Sow takımla birlikte; Koşu ve ısınma hareketleriyle başlayan antrenmanın, 3 grup halinde yapılan 5'e 2 top kapma ve pas çalışmalarıyla devam ettiği, dar alanda yapılan pas organizasyonlarının ardından, yine dar alanda yapılan çift kale maçla tamamlandığı antrenman programına katılan Sow'un, 14 Mayıs 2012 tarihinde alınan habere göre sağlık durumu ile ilgili 16 Mayıs 2012 Çarşamba günü oynanacak olan Fenerbahçe - Bursaspor, Türkiye Kupası Final maçında oynayabileceği haberi basına kulüp doktorları tarafından duyuruldu.

Sow, bu sezondaki ilk resmi maçına Şükrü Saraçoğlu Stadı'ndaki Şampiyonlar Ligi 3. ön eleme maçında F.C Vaslui'ye karşı çıkmıştır.
İlk golünü ise Şampiyonlar Ligi 3. ön eleme rövanş maçında F.C Vaslui maçında kaydetmiştir. Ligde ilk maçına Sanica Boru Elağzıspor karşısında çıkan Sow, ligdeki ilk golünü 2.haftada Gaziantepspor'a atmıştır.Moussa Sow ligdeki 3.golünü 8.haftada oynanan 1-1 biten Bursaspor'a atmıştır. Ardından ligde Antalyaspor'a karşı 1 gol bulmuş ve hemen akabinde UEFA Avrupa Ligi C Grubu 4. hafta mücadelesinde Güney Kıbrıs ekibi AEL Limassol ağlarını da havalandırmayı başarmıştır. 2012/2013 sezonunda şu ana kadar tüm turnuvalar dahilinde 18 maça çıkıp 7 gol atmıştır.Orduspor karşısında 11.dakikada gol atarak ligdeki gol sayısını 5'e çıkartmıştır.Sow'un 17 Mart 2012 oynanan Fenerbahçe (futbol takımı)-Galatasaray macında attigi rövaşata golü 2012 senesinde FIFA tarafından yılın en iyi 10 golü arasında aday gösterilmiştir.Moussa Sow 26 Ocak'ta oynanan Gaziantepspor ile oynanan maçta Fenerbahçe'nin deplasmanda 2-1 kazandığı maçta takımının ilk golünü kaydederek ligdeki 9.golünü kaydetmiştir.Moussa Sow 3 Mart 2013 aksamı BJK İnönü Stadyumu'ndaki son derbide Beşiktaş'a karşı 2 gol atmıştır.Bu 2 golle birlikte Süper Lig'deki gol sayısı 12 ye çıkmıştır. Moussa Sow 10 Mart'ta oynanan 4-1 kazanılan Bursaspor macında takımının 4.golünü kaydetti ve böylelikle Süper Lig'deki 13. golünü atmış oldu.17 Mart'ta oynanan Antalyaspor maçında da gol atmayı başarmıstır.Bu gol ile Moussa Süper Lig'de son 3 haftada 4.golünü kaydetmiş oldu.Moussa 31 Mart'ta oynanan ve 2-0 kazanılan Akhisar Belediyespor maçında da gol atmayı başarmıstır. Böylelikle son 5 haftada 6.golünü atmış oldu. 2013 Türkiye Kupası Finali'nde attığı golle Fenerbahçe maçı 1-0 kazanarak şampiyon olmuştur. 21 Eylül 2013 tarihinde Elazığspor maçında Fenerbahçe kariyerinde ilk defa hat-trick yapmıştır. Ayrıca kendi ülkesi Senegal'de yılın futbolcusu seçilmiştir.24 Mart 2014 tarihinde Gaziantepspor'a 1 gol atarak ligdeki gol sayısını 10'a yükseltmiştir. 28 Ağustos 2015 tarihinde 16 Milyon Euro karşılığında Birleşik Arap Emirliklerinin Al Ahli takımına transfer olmuştur. Fenerbahçe takımıyla son golünü Hasan Doğan sezonu ilk haftasında Eskişehirspora 45. dakikada atmıştır .30 Ağustos 2015'te Fenerbahçe-Antalyaspor maçı öncesi Kadıköy Ülker Stadyumu Fenerbahçe Şükrü Saraçoğlu Spor Kompleksi'nde düzenlenen plaket töreniyle taraftarlarla vedalaşarak gözyaşları içinde Fenerbahçe'ye veda etmiştir. Sow, Fenerbahçe formasını giydiği 148 resmi maçta, 60 gol kaydetti ve 29 asist yaptı.

Sow, 28 Ağustos 2015 tarihinde, 16 milyon € transfer bedeli ile; Birleşik Arap Emirlikleri'nin Dubai kentinde bulunan Al Ahli takımı ile sözleşme imzaladı. 7 Eylül pazartesi günü Al Ahli ve Al-Shaab karşılaşmasında Moussa ilk maçına çıktı. Khalid Bin Mohammed Stadium'nda oynanan maç 1-1 beraberlikle sonuçlandı. Senegalli oyuncu ilk golünü, 16 Ekim Cuma günü 3-1 biten Al-Sharjah karşılaşmasının 52. Dakikasında Al Ahli'nin ikinci golünü attı.

Sow, Rennes takımında oynarken 2005 yılında Abou Diaby, Yoann Gourcuff, Hugo Lloris gibi oyuncularla Fransa U-19 takımıyla UEFA Avrupa 19 Yaş Altı Futbol Şampiyonası'nda mücadele etti ve Fransa U-19'un Avrupa Şampiyonu olmasında büyük katkısı oldu. Aynı zamanda Fransa U-21'de de takım arkadaşı Dia ile mücadele eden Sow, U-21 formasını iki kez giydi ve iki asist yaptı ancak gol atmayı başaramadı. 2008 yılında Senegal, Sow'u kendi millî takımlarında mücadele etmesini istedi ve Sow da, FIFA'nın değiştirdiği kurallardan faydalanarak tercihini Senegal'den yana kullandı.

Sow, Senegal forması altındaki ilk maçına 12 Ağustos 2009 tarihinde Demokratik Kongo karşısında çıkarken; ilk golünü ise 5 Eylül 2010 tarihinde 4-2 kazandıkları maçta yine Demokratik Kongo karşısında attı. Ayrıca Sow, millî takımıyla 2012 Afrika Uluslar Kupası'nda mücadele etti. Bu turnuvada üç maça çıkan Sow, Ekvator Ginesi karşısında bir gol attı ancak Senegal turnuvadan elendi. Sow, Türkiye'ye gelip Fenerbahçe ile sözleşme imzaladıktan sonra Ekvator Ginesi'ne geri döndü ve turnuvadaki son maça Libya karşısında çıktı.Sow 23 Mart'ta 2014 FIFA Dünya Kupası öncesi grup aşama maçı olan Angola millî futbol takımı ile yapılan ve 1-1 sonuçlanan maçta takımının tek golünü atmıştır. Sow, şu ana kadar millî takım formasını 23 kez giydi ve 9 gol attı.







Sow, evli ve Müslümandır. Eşi Aissa Sow'dan Sarah Sow adında bir kız çocuğu ve İsmael Sow adında bir erkek çocuğu olmak üzere 2 çocuğu vardır. Fenerbahçe'ye gelirken de yaptığı açıklamada; "Türkiye'nin Müslüman ülke olması, seçmemde çok büyük etken yarattı. Allah'a ve İslam dinine inanıyorum. Maçlardan önce de dua ediyorum." sözlerini söyledi. Ayrıca da; Fenerbahçe'nin idari menajeri Hasan Çetinkaya'ya; "Tesislerde dini vecibelerimi yerine getirmek istiyorum. Eğer uygun bir oda mescit olarak hizmet ver