Doumbia tekende in januari 2015 een contract tot medio 2019 bij AS Roma, dat €14.400.000,- voor hem betaalde aan FK CSKA Moskou. Daarbij kreeg de Russische club nog €1.500.000,- in het vooruitzicht gesteld aan eventuele latere bonussen.[1] Doumbia speelde in zijn eerste halve seizoen in de Serie A dertien wedstrijden, waarin hij twee keer scoorde. Roma verhuurde hem in augustus 2015 voor een half jaar aan zijn oude club FK CSKA Moskou en op 1 februari 2016 voor een half jaar aan Newcastle United. AS Roma verhuurde Doumbia in juni 2016 voor een jaar aan FC Basel, dat daarbij een optie tot koop bedong.[2] Hij scoorde 20 doelpunten en won met de club de landstitel en de beker. In het seizoen 2017/18 wordt Doumbia verhuurd aan het Portugese Sporting CP. Per januari 2018 nam de club hem voor 3 miljoen euro over. Eind augustus 2018 ging Doumbia transfervrij naar Girona FC. Met de club degradeerde hij uit de Primera División en medio augustus 2019 werd zijn contract ontbonden. Begin september 2019 keerde hij terug in Zwitserland bij FC Sion. Op 20 maart werd hij daar samen met acht teamgenoten ontslagen na de uitbraak van SARS-CoV-2 in Zwitserland. In januari 2021 vervolgde hij zijn loopbaan op Malta bij Ħamrun Spartans.
In 2008 debuteerde Doumbia voor het Ivoriaans voetbalelftal bij de Kirin Cup. Hij maakte deel uit van de selectie voor het wereldkampioenschap voetbal in 2010 en won in 2015 de Afrika Cup met zijn landgenoten. In de finale van het laatstgenoemde toernooi benutte hij een van de strafschoppen in de beslissende penaltyreeks. In 2012 werd hij met Ivoorkust tweede op de Afrika Cup.