У дорослому футболі дебютував 2005 року виступами за «Сан-Паулу», в якому провів два роки, взявши участь у 12 матчах чемпіонату.
Своєю грою привернув увагу представників тренерського штабу «Арсенала», до складу якого приєднався 31 серпня2006 року. Відіграв за «канонірів» наступні п'ять сезонів своєї ігрової кар'єри. У сезоні 2010-11 програв конкуренцію за місце Джеку Вілширу, через що 18 липня2011 року перейшов на рік на правах оренди назад в «Сан-Паулу». 5 липня2012 року «Сан-Паулу» продовжив оренду Денілсона до 30 червня2013 року[1][2].
3 червня2013 року стало відомо, що за обопільною згодою сторін «Арсенал» розірвав контракт з 25-річним Денілсоном, який ще в 2011 році відбув на батьківщину в оренду і з тих пір не повертався. Бразилець в статусі вільного агента[3] підписав з «Сан-Паулу» контракт на чотири з половиною роки[4]. У складі рідної команди після повернення виграв у 2012 році Південноамериканський кубок.
Влітку 2015 року приєднався до складу катарського клубу «Аль-Вахда» (Абу-Дабі) . Відтоді встиг відіграти за еміратську команду 20 матчів в національному чемпіонаті.
Виступи за збірну
2005 року виступав у складі юнацької збірної Бразилії до 17 років на юнацькому чемпіонаті світу. На турнірі був капітаном команди і допоміг своїй збірній стати фіналістом змагань. Всього взяв участь у 6 іграх на юнацькому рівні, відзначившись одним забитим голом.
У листопаді 2006 року Денілсон був викликаний до національної збірної на товариський матч проти збірної Швейцарії, щоб замінити свого партнера по «Арсеналу» Жілберту Сілву, який покинув табір збірної з особистих причин[5]. Тим не менше, Денілсон так і не вийшов на поле в тому матчі.
