מקסים גונאלון נולד וגדל בעיר ליון שבצרפת וכבר מגיל 10 הצטרף לקבוצת הילדים של אולימפיק ליון בה החל את דרכו בכדורגל. כשהוא בן 18 בלבד, שיחק גונאלון באליפות צרפת לנוער עם ליון ורשם 26 משחקים בהם כבש שני שערים יחד עם קבוצת הנוער של המועדון. ב-6 ביולי2009, כשהוא מסיים את גיל הנוער, חתם גונאלון על החוזה המקצועני הראשון שלו כשחתם לעונה אחת עם אופציה לשנתיים נוספות באולימפיק ליון והצטרף לסגל הבוגר של המועדון. גונאלון לבש את החולצה עם המספר 41 והתאמן עם הקבוצה באימוני קדם העונה של קיץ 2009. ב-25 באוגוסט, ערך גונאלון את הופעת הבכורה שלו במדי אולימפיק ליון בפלייאוף ליגת האלופות כשעלה כמחליף במשחק נגד אנדרלכט הבלגית. ב-20 באוקטובר, כבש גונאלון את שער הבכורה במדי ליון במשחק נגד ליברפול במסגרת ליגת האלופות. ב-16 בינואר2010, כבש גונאלון את שער הליגה הראשון שלו עבור ליון במשחק נגד נאנסי. עשרה ימים לאחר מכן חתם גונאלון על הארכת חוזה בליון לארבע שנים נוספות. במהלך השנים גונאלון היה לאופציה הראשונה בקישור האחורי של ליון וזכה עם המועדון באליפות הליגה הצרפתית ובגביע הצרפתי כשהוא הופך להיות קפטן הקבוצה. ב-3 ביולי2017 עזב את ליון לאחר 18 שנה במועדון וחתם לארבע שנים ברומא. ב-20 בספטמבר ערך את הופעתו הבכורה בקבוצה בניצחון 0–4 על בנוונטו. ב-20 באוגוסט2018 הושאל לסביליה לעונה אחת.
.jpg)
