2005年夏天，拉莫斯以2700万欧元的价格从塞维利亚转会加盟皇家马德里，9月8日他正式成为球队一员，距今已17年。

那年夏天，拉莫斯以2700万欧元的转会费加盟皇家马德里足球俱乐部，并且创造了当时西班牙球员的转会纪录。拉莫斯也是弗洛伦蒂诺·佩雷斯自2000年7月当选俱乐部主席后，皇家马德里签下的第一位西班牙本土球员。拉莫斯承继了老队长费尔南多·耶罗的4号球衣，加盟皇马后迅速成为球队的主力。在皇马的第二个赛季，拉莫斯便帮助银河战舰夺得了西甲联赛冠军。

效力皇马期间，拉莫斯曾担任队长，他在各项赛事为银河战舰出场671次，贡献101球48助，赢得5座西甲冠军、4座欧冠冠军、4座世俱杯冠军、4座西超杯冠军、3座欧超杯冠军和2座国王杯冠军。拉莫斯在2021年夏天离开皇马，自由转会加盟巴黎圣日耳曼，目前仍在巴黎效力。