23-aastane Denilson tegi oma debüüdi Arsenali eest 2006. aasta oktoobris liigakarika mängus West Bromwichi vastu ning jõudis järgnenud aastate jooksul Londoni klubi esindada 153 korda ning lüüa ka 10 väravat.    Hooajal 2008/09 oli Denilson Arsenalis kindel  algrivistuse mängija, kuid pärast seda pole peatreener Arsene Wenger brasiillast enam nii tihti usaldanud.    Sao Paolost pärit Denilson tegi hooajal 2005/06 klubi särgis 13 mängu, enne kui 3,4 miljoni naela suuruse tasu eest Arsenali siirdus.