
Pada 24 Juli 2019, Fati menandatangani kontrak profesional pertamanya bersama tim asal Katalonia ini, setelah menyepakati kontrak hingga 2022. Pada 25 Agustus, dia membuat debutnya di tim utama dan La Liga, masuk sebagai pemain pengganti Carles Pérez dalam kemenangan 5–2 saat menghadapi Real Betis; berusia 16 tahun dan 298 hari, dia menjadi pemain termuda kedua saat membuat debutnya, hanya 18 lebih tua dari Vicenç Martínez pada tahun 1941. Pada 31 Agustus 2019, dia mencetak gol pertamanya dalam pertandingan antara Barcelona dan Osasuna saat berusia 16 tahun dan 304 hari, menjadi pencetak gol termuda Barcelona dan ketiga termuda dalam sejarah La Liga.