Fàbregas kom í gegnum "La Masia", æskulýðsskóla Barcelona, og fór 16 ára þegar hann var skrifaður undir hjá Arsenal í ensku úrvalsdeildinni í september 2003. Eftir meiðsli á helstu miðjumönnum í fyrri hluta tímabilsins 2004/05 hélt hann áfram að festa sig í liðinu. Hann braut nokkra met félagsins í ferlinu, og vann sér orðstír sem einn besti leikmaður í stöðu sinni, og vann FA bikarinn árið 2005. Eftir langvarandi flutningssögu yfirgaf Fàbregas London þann 15. ágúst 2011 til að snúa aftur til Barcelona í samningi sem var virði allt að 35 milljónir punda. Á þriggja ára tímabili sínu á Camp Nou spilaði Fàbregas með Xavi og Andrés Iniesta og vann La Liga titil, Copa del Rey, FIFA Club World Cup, UEFA Super Cup
og tvö Spænsku meistarabikar. Hann sneri aftur til London í júní 2014 til Chelsea fyrir 30 milljónir punda og á fyrsta ári sínu þar hjálpaði hann til við að tryggja sigur í deildarbikarnum og Premier League.