Ansu Fati je 2019. godine debitovao za prvi tim Barcelone, postavši drugi najmlađi debitant u historiji tima.

Tada još nije nastupio ni za drugu ekipu, ali je iz akademije odmah prebačen među seniore. U prvoj sezoni upisao je 52 nastupa, postigao 10 golova i upisao 3 asistencije.

Krajem 2020. godine doživio je tešku povreda meniskusa i pauzirao čak devet mjeseci. Kada se vratio, Barca je već imala nova rješenja na njegovoj poziciji, a on se nije uspio ponovno nametnuti.

Godine 2023. otišao je na posudbu u Brighton, gdje je odigrao 27 utakmica i postigao 4 gola, a prošlog ljeta vratio se u Barcelonu. Novi trener Hansi Flick dao mu je priliku, ali se Fati ponovo povrijedio i odigrao samo osam utakmica. Flick ga je u nekoliko navrata kritikovao zbog manjka truda na treninzima.

Španski mediji pišu da je Fati završio svoju priču u Barceloni, unatoč ugovoru do 2027. godine. Novinar Alfredo Martinez objavio je da su opcije njegovog odlaska Saudijska Arabija ili Katar, gdje nekoliko klubova pokazuje interes. Navodno je već zamolio svog agenta Jorgea Mendesa da stupi u pregovore.