Op 11-jarige leeftijd kwam Nacho in de jeugdopleiding van Real Madrid terecht. Op 23 april 2011 maakte hij zijn debuut als linksback in de met 3-6 gewonnen partij tegen Valencia. Een week later begon hij opnieuw in de basiself. Real verloor thuis met 2-3 van Real Zaragoza.
Op 2 september 2012 maakte José Mourinho bekend dat Nacho, Álvaro Morata en Jesús Fernández zouden meetrainen met het eerste elftal. Ook al speelden ze dat seizoen nog steeds wedstrijden voor Real Madrid Castilla. In 2013 werd Nacho definitief bij de hoofdmacht gehaald. Hij erfde het rugnummer van Raúl Albiol.