Fàbregas přišel přes "La Masia", barcelonskou mládežnickou akademii, kterou opustil ve 16 letech, když byl podepsán v Premier League klubem Arsenal v září 2003. Po zranění klíčových prostředníků na začátku sezóny 2004/05 se v týmu upevnil. Zlomil několik klubových rekordů, získal si pověst jednoho z nejlepších hráčů na své pozici a vyhrál FA Cup v roce 2005. Po dlouhé transferové sáze opustil Fàbregas 15. srpna 2011 Londýn, aby se vrátil do Barcelony v dohodě v hodnotě až 35 milionů liber. Během svého tříletého působení v Camp Nou hrál Fàbregas po boku Xaviho a Andrés Iniesty a vyhrál titul La Liga, Copa del Rey, FIFA Klubový světový pohár, UEFA Super pohár
a dva španělské Super poháry. V červnu 2014 se vrátil do Londýna, kde za poplatek 30 milionů liber přešel k soupeři Arsenalu Chelsea a v prvním roce pomohl zajistit vítězství v Ligovém poháru a Premier League.