2010年，奥斯曼·登贝莱被法国足球甲级联赛的雷恩足球俱乐部球探所发掘，加入了雷恩青训营。由于缺乏一线队上场机会，登贝莱原本希望在2015年6月离队，但是最终雷恩的执行董事米卡埃尔·西尔维斯特说服了他留队，并和雷恩签订了一份为期三年的合同。
2015年11月6日，法甲联赛第13轮雷恩2比0战胜昂热足球俱乐部，登贝莱在比赛的第86分钟替补卡米尔·格罗西茨基出场，完成了自己的职业生涯处子秀。11月22日，法甲联赛第14轮雷恩2比2战平波尔多足球俱乐部，登贝莱收获了自己的职业生涯处子球。2016年3月6日，法甲联赛第29轮雷恩对阵南特足球俱乐部，登贝莱上演了职业生涯的第一个帽子戏法，帮助球队以4比1的比分大胜对手。
2015-16赛季，登贝莱代表雷恩在各项赛事中出场29次，打入12个进球。
2016年5月12日，德国足球甲级联赛的多特蒙德足球俱乐部在官网宣布，球队已经与雷恩达成协议，登贝莱与多特蒙德签下了一份直到2021年的合同。
2016年8月27日，德甲首轮多特蒙德2比1战胜美因茨足球俱乐部，登贝莱完成了自己的德甲首秀。
9月21日，德甲第4轮多特蒙德5比1大胜沃尔夫斯堡足球俱乐部，登贝莱在比赛的第59分钟攻入了自己的德甲处子球。
2017年5月28日，德国杯决赛多特蒙德对阵法兰克福足球俱乐部，登贝莱在比赛的第8分钟首开纪录，最终帮助球队以2比1的比分战胜对手夺得冠军。
2016-17赛季，登贝莱代表多特蒙德在各项赛事中出场49次，打入10个进球。
2017年8月25日，西班牙足球甲级联赛的巴塞罗那足球俱乐部官方宣布，登贝莱加盟球队，转会费为1.05亿欧元，此外还附加40%浮动条款，违约金则达到4亿欧元。双方签订了一份为期5年的合同。
2017年9月10日，西甲联赛第3轮巴塞罗那5比0大胜西班牙人足球俱乐部，登贝莱首发登场完成西甲处子秀并奉献1次助攻。
9月16日，西甲联赛第4轮巴塞罗那2比1战胜赫塔菲足球俱乐部，登贝莱在比赛的第24分钟因大腿肌肉拉伤无法坚持而被换下，这次受伤也让他休战3个月。
2018年5月10日，西甲联赛第34轮巴塞罗那对阵比利亚雷亚尔足球俱乐部，登贝莱梅开二度，并贡献1次助攻，最终帮助球队5比1战胜对手。
2017-18赛季，登贝莱代表巴塞罗那在各项赛事中出场24次，打入4个进球。
2018年8月13日，西班牙超级杯巴塞罗那对阵塞维利亚足球俱乐部，比赛的第78分钟，登贝莱攻入了反超比分的一粒进球，最终帮助球队以2比1的比分战胜对手夺得冠军。
2019年1月18日西班牙国王杯1/8决赛次回合巴塞罗那对阵莱万特足球俱乐部，登贝莱在两分钟内连进两球完成梅开二度，最终帮助球队3比0取胜。
4月28日，西甲联赛第35轮巴塞罗那对阵莱万特，登贝莱帮助球队以1比0的比分战胜对手，提前3轮夺得西甲冠军。
2018-19赛季，登贝莱代表巴塞罗那在各项赛事中出场42次，打入14个进球。
2019年10月8日，西甲联赛第8轮巴塞罗那对阵塞维利亚，登贝莱在比赛的第35分钟破门得分，最终帮助球队4比0战胜对手。
2019-20赛季，登贝莱代表巴塞罗那在各项赛事中出场5次，打入1个进球。
2020年10月21日，欧洲冠军联赛小组赛首轮巴塞罗那对阵费伦茨瓦罗斯足球俱乐部，登贝莱在比赛中攻入一球并送出一次助攻，最终帮助球队5比1战胜对手。
2021年4月17日，西班牙国王杯决赛巴塞罗那对阵毕尔巴鄂竞技足球俱乐部，登贝莱帮助球队以4比0的比分战胜对手夺得冠军。
2020-21赛季，登贝莱代表巴塞罗那在各项赛事中出场44次，打入11个进球。
2021年11月2日，登贝莱在养伤4个多月后复出登场25分钟。11月4日，巴萨宣布登贝莱左大腿的半膜肌拉伤。
12月29日，巴萨宣布登贝莱在新冠检测中呈阳性。
2022年1月5日，国王杯第3轮，登贝莱于第63分钟打进个人赛季首球，帮助球队2-1战胜利纳雷斯竞技。
2月18日，欧联淘汰赛附加赛首回合对阵那不勒斯，登贝莱2022年首次在诺坎普球场亮相，帮助球队1-1战平对手。
2月28日，西甲第26轮，登贝莱替补登场贡献1球2助，成为21世纪首位在西甲替补登场并直接参与至少3球的巴萨球员。
3月13日，西甲第28轮对阵奥萨苏纳，登贝莱助攻梅开二度，帮助球队4-0战胜对手。
3月20日，西甲第29轮对阵皇家马德里，登贝莱两度送出助攻，帮助球队4-0战胜对手。
4月4日，在西甲比赛中，登贝莱4次过人3次成功，36次传球29次到位，有15次传中（4次获得接应），2次长传1次到位，他有7次关键传球，2次创造得分良机，12次地面对抗赢得5次，3次争顶赢得1次，帮助巴萨在主场1比0战胜塞维利亚。
5月7日，西甲第35轮，巴萨客战贝蒂斯，登贝莱首发出战，迎来西甲生涯第100次出场。
2021-22赛季，登贝莱在西甲联赛中以13次助攻成为助攻王。
2022年7月1日，登贝莱与巴萨的合同正式到期，球员没有与巴萨完成续约，正式成为自由球员。
7月14日，巴萨宣布与登贝莱签约到2024年。
8月29日，西甲第3轮，登贝莱助攻佩德里、莱万破门，帮助球队在主场4-0战胜巴拉多利德。
9月4日，西甲第4轮，巴萨在客场3-0战胜塞维利亚，登贝莱收获巴萨生涯第100场胜利。
9月8日，欧冠小组赛第1轮，登贝莱助攻双响，追平了他在2020-21赛季创下的巴萨生涯单赛季欧冠助攻纪录，帮助球队在主场5-1战胜比尔森胜利。
9月11日，西甲第5轮，登贝莱破门，帮助球队4-0客胜加的斯。
至此，登贝莱该赛季各项赛事6次出场已打入2球，追平自己上赛季32次出场的进球数。
10月13日，欧冠小组赛第4轮，登贝莱近两年来首次在欧冠进球，欧冠生涯进球数上双，帮助球队在主场3-3战平国际米兰。
10月24日，西甲第11轮，登贝莱打入1球，3次送出助攻，巴萨生涯首次上演助攻帽子戏法、自2016年11月以来首次单场直接参与4球，帮助球队在主场4-0战胜毕尔巴鄂竞技，并成为巴萨21世纪第10位单场助攻戴帽的球员。
11月6日，西甲第13轮，登贝莱进球，生涯57场西甲主场比赛首次连场破门，帮助球队在主场2-0战胜阿尔梅里亚。至此，登贝莱在代表巴萨出战的近5场主场比赛中打进3球，追平此前各项赛事30场主场比赛的进球数。
2023年1月9日，西甲第16轮，登贝莱打入全场唯一进球，帮助球队在客场1-0小胜马德里竞技。
1月16日，西班牙超级杯决赛，登贝莱首发登场，帮助球队3-1战胜皇马，夺得冠军。
1月26日，西班牙国王杯1/4决赛，登贝莱破门，帮助球队在主场1-0小胜皇家社会。
1月29日消息，登贝莱左腿前直肌受伤。根据多家媒体的说法，登贝莱预计伤停4周。
4月30日，西甲第32轮，登贝莱替补出场，伤缺91天后复出，帮助球队在主场4-0击败皇家贝蒂斯。
5月15日，西甲第34轮，登贝莱在第62分钟登场，帮助球队在客场4-2击败西班牙人，提前4轮锁定西甲冠军。
5月21日，西甲第35轮，登贝莱完成10次过人，成为该赛季西甲单场比赛完成过人最多的球员，最终球队在主场1-2不敌皇家社会。
2022-23赛季，登贝莱在西甲每90分钟成功过人次数榜（至少25次登场）中以3.3次位居第三。
登贝莱共为巴萨出战185场比赛，贡献40球42次助攻，其中左脚21球、右脚18球、1粒头球进球。
效力巴萨期间，登贝莱随队夺得7座冠军奖杯，分别是3次西甲冠军、2次国王杯冠军和2次西超杯冠军。
巴黎圣日耳曼时期2023年8月9日，巴萨足球总经理阿莱曼尼确认，登贝莱加盟巴黎的交易已完成，只待签署所有文件。
