Вихованець футбольної школи клубу «Атлетіку Паранаенсе». Дорослу футбольну кар'єру розпочав 2007 року в основній команді того ж клубу, в якій провів два сезони, взявши участь у 17 матчах чемпіонату.
Своєю грою привернув увагу представників тренерського штабу «Сантуса», до складу якого приєднався 2010 року. Відіграв за команду з Сантуса наступні півтора сезони своєї ігрової кар'єри. За цей час допоміг своїй команді виграти Кубок Бразилії, Лігу Паулісту та Кубок Лібертадорес.
До складу клубу «Порту» приєднався 23 липня2011 року за 9,6 млн євро, підписавши контракт на п'ять років. У португальському клубі почав стрімко прогресувати, ставши одним з ключових виконавців команди. Тож, коли гравцем зацікавився туринський «Ювентус», трансферна вартість бразильця зросла до 26 мільйонів євро. Цю суму було сплачено, і 20 серпня 2015 року Алекс Сандро уклав з туринцями п'ятирічний контракт[5].