Passé par les équipes de jeunes du Le Havre AC, il rejoint le centre de formation du Stade rennais en 2005.
Le , il signe son premier contrat professionnel avec le Stade rennais pour une durée de trois ans[1] alors qu'il était convoité par de nombreux grands clubs étrangers[2].
Le , il signe un contrat de trois ans plus une année en option avec le Borussia Dortmund alors qu'il n'a jamais disputé de match avec l'équipe première du Stade rennais[3],[4].
Son efficacité avec l'équipe réserve lui permet de connaître le , son premier match professionnel, en remplacement de Nelson Valdez à la 46e minute lors de la 9e journée de Bundesliga face au VfL Bochum[5]. En janvier 2012, il rejoint le FC Nantes où il signe un contrat de deux ans et demi[6] mais ne parvient pas à s'imposer.
Damien Le Tallec marque 12 buts en 30 rencontres avec l'équipe réserve Borussia Dortmund II, qui évolue en Regionalliga Ouest, quatrième division allemande.
FC Hoverla Oujhorod (2012-2014)
Il s'engage pour deux ans en avec le club ukrainien du Hoverla[7],[8]. En Ukraine, il recule sur le terrain, s'installant au poste de milieu défensif[9].
FK Mordovia Saransk (2014-2016)
En , Le Tallec quitte l'Ukraine pour la Russie et rejoint les rangs du FK Mordovia Saransk[10].
En , il fait partie d'une liste de 58 joueurs sélectionnables en équipe de Bretagne, dévoilée par Raymond Domenech qui en est le nouveau sélectionneur[13].
Montpellier HSC (2018-2021)
En 2018, six ans après son départ de Nantes, il revient en France et s'engage avec le Montpellier HSC le 20 juin[14].
AEK Athènes (2021-2022)
Libre de tout contrat depuis son départ de Montpellier, Le Tallec signe un contrat de deux saisons avec l'AEK Athènes FC à l’été 2021[15]. Après une saison en Grèce, il rompt son contrat.
Le , il signe jusqu'en avec le FC Sochaux-Montbéliard[17], club avec lequel son frère aîné Anthony a remporté la Coupe de France. Le club, en proie à de graves soucis financiers, subit une relégation financière et le joueur résilie son contrat en , après dix matchs disputés en championnat[18].
Hanoi FC et retraite sportive (2023-2024)
Le , Le Tallec s'engage pour une saison en faveur du club vietnamien de l'Hanoi FC[19]. Il justifie son choix en expliquant : « D'après certaines informations de mes amis qui vivent ou voyagent au Vietnam, je sais que c'est un pays hospitalier et culturellement riche. Je suis heureux d'être ici pour me mettre au défi »[20].
Rapidement après sa retraite sportive, Le Tallec rejoint la direction du Zénith Saint-Pétersbourg en où le club lui confie le « développement des liens et des implantations du club en Europe, en Afrique et au Moyen-Orient »[21].
