カゼミーロは1992年2月23日、ブラジルのサンパウロ州サン・ジョゼ・ドス・カンポスに生まれた。幼少期にサンパウロFCのユースアカデミーに加入し、11歳からキャプテンを務めた。2010年7月にトップチームでセリエAデビューを果たし、111試合で11ゴールを記録した後、ヨーロッパのクラブから注目を集めた。
2013年1月にレアル・マドリードへレンタル移籍し、その後完全移籍が決定。2014–15シーズンはFCポルトへの期限付き移籍でさらに経験を積んだ。マドリードに復帰後はジネディーヌ・ジダン監督の下でアンカーとして不動の地位を確立し、9年間でUEFAチャンピオンズリーグ5回、ラ・リーガ3回、FIFAクラブワールドカップ3回、コパ・デル・レイ1回など数多くのタイトルを獲得した。2017年のチャンピオンズリーグ決勝ユヴェントス戦でのゴールや、2022年UEFAスーパーカップでのマン・オブ・ザ・マッチ受賞が特に印象的な場面として挙げられる。
ボール奪取能力と高い位置取りに優れた守備的ミッドフィールダーで、正確なパスで攻撃を組み立てる能力も持つ。2022年8月にマンチェスター・ユナイテッドへ移籍し、初シーズンのEFLカップ決勝ニューカッスル戦では先制ゴールを決め、クラブに6シーズンぶりのタイトルをもたらした。
ブラジル代表としては2011年にデビューし、75試合以上に出場。2018年・2022年FIFAワールドカップに参加し、2019年コパ・アメリカでは優勝、2021年大会では準優勝を経験した。現在はマンチェスター・ユナイテッドに所属し、2025–26シーズン終了をもって退団することが発表されている。