Diego Alves begon zijn profcarrière bij Atlético Mineiro en verhuisde in de zomer van 2007 naar Almeriá, in het voorgaande seizoen net gepromoveerd naar de Primera División. Hoewel hij was binnengehaald als tweede doelman, veroverde hij al snel een basisplaats bij de club uit Andalusië. De club en hij speelde vier seizoenen op het hoogste niveau. Hoewel Almería vervolgens degradeerde, bleef Diego Alves nog zes seizoenen actief in de Primera División door over te stappen naar Valencia. Op 17 juli 2017 vertrok Alves na een tienjarig Europees verblijf naar Flamengo, waar hij uiteindelijk verbleef tot januari 2023. Met Flamengo wist Alves onder anderen tweemaal de CONMEBOL Libertadores en eenmaal CONMEBOL Recopa te winnen. Na een zesjarig verblijf bij de club, vertrok Alves in februari 2023 naar Celta de Vigo.