Douglas Santos debuteerde op 16 februari 2012 in het betaald voetbal in het shirt van Náutico, tegen Central. Tien dagen later maakte hij zijn eerste doelpunt, tegen Belo Jardim. Douglas Santos debuteerde op 19 juli 2012 in de Braziliaanse Série A, tegen Ponte Preta. Hij maakte op 11 oktober 2012 zijn eerste doelpunt op het hoogste niveau, tegen opnieuw Ponte Preta.
Douglas Santos maakte deel uit van Brazilië –20, –21 en –23. Hij won met het Braziliaans olympisch team goud op de Olympische Zomerspelen 2016. Hij speelde dat toernooi mee in alle zes de wedstrijden van de Brazilianen. Douglas Santos debuteerde op 30 mei 2016 in het Braziliaans voetbalelftal, in een met 0–2 gewonnen oefeninterland in en tegen Panama.