Grêmio

Arthur memulai kariernya dengan klub kampung halamannya Goiás pada usia 12 tahun. Pada tahun 2010, setelah terlihat di turnamen remaja, ia pindah ke Grêmio.^[4]

Pada Januari 2015, setelah penampilan mengesankan Arthur di Copa São Paulo de Futebol Júnior, ia dipromosikan dari tim yunior Grêmio di bawah manajer tim utama Luiz Felipe Scolari. Dia tiba-tiba memulai debut tim pertamanya, melawan Aimoré untuk Campeonato Gaúcho. Namun, ia digantikan di babak pertama oleh bek sayap Argentina Matías Rodríguez dan tidak tampil lagi di tim senior pada musim itu. Pada tahun 2016, Arthur melakukan debutnya di liga di pertandingan terakhir musim ini, dengan kekalahan kandang 1-0 melawan Botafogo, menggantikan Kaio di babak kedua.

Pada tahun 2017, Arthur menjadi pemain reguler tim utama setelah serangkaian penampilan bagus di Primeira Liga dan Campeonato Gaúcho. Dalam debutnya di Copa Libertadores, yang berakhir imbang 1-1 melawan Klub Guaraní, ia dinobatkan sebagai man-of-the-match setelah menyelesaikan 40 operan, dengan tingkat keberhasilan 100% yang mengesankan. Gaya bermain dan bentuk tubuhnya layak dibandingkan dengan gelandang Spanyol Andrés Iniesta dan Thiago Alcântara,^[5] dan menarik minat klub-klub Eropa seperti Chelsea,^[6] Barcelona dan Atlético Madrid.^[7] Pada bulan Mei, Arthur mencetak gol profesional pertamanya, gol pembuka dalam kemenangan 3-1 melawan Fluminense untuk Copa do Brasil. Pada bulan Juli, dia mencetak gol liga pertamanya, yang kedua dalam kemenangan tandang 3-1 melawan Vitória. Pada bulan November, terpilih oleh Conmebol sebagai pemain terbaik pertandingan leg kedua final Copa Libertadores melawan Lanús, meskipun hanya bermain selama 50 menit karena cedera.^[8]

Barcelona

Pada 11 Maret 2018, Barcelona mencapai kesepakatan dengan Grêmio untuk transfer Arthur. Klub Catalan setuju untuk membayar biaya awal sebesar €31 juta ditambah €9 juta dalam variabel tambahan.^[9] Arthur menandatangani kontrak berdurasi enam tahun dan secara resmi diumumkan sebagai pemain Barça pada 9 Juli 2018.^[10] Pada 28 Juli, Arthur mencetak gol pada debutnya melawan Tottenham Hotspur dalam pertandingan persahabatan pramusim.^[11]

Arthur Melo melakoni debut kompetitifnya di Piala Super Spanyol 2018 pada 12 Agustus, di mana Barcelona menang 2-1 atas Sevilla.^[12] Arthur melakoni debut liga pada pertandingan liga pertama musim ini, sekaligus mencatatkan assist pertamanya untuk klub dalam kemenangan 3-0 melawan Alavés. Pada 31 Agustus, Arthur mencetak gol pertamanya untuk Barcelona dalam hasil imbang 2-2 melawan Osasuna.^[13][14]

Juventus

Pada 29 Juni 2020, Barcelona mengumumkan bahwa mereka telah mencapai kesepakatan dengan Juventus untuk transfer Arthur dengan kontrak lima tahun senilai €72 juta, ditambah €10 juta dalam variabel; kesepakatan itu juga dikoordinasikan dengan pertukaran Miralem Pjanić.^[15] Ia melakoni debut klub dan Serie A pada 27 September, masuk sebagai pemain pengganti dalam hasil imbang tandang 2–2 melawan Roma.^[16]