Real Madrid membeli Federico Valverde dari klub Atletico Penarol pada pertengahan tahun 2016 atau ketika masih 18 tahun. Los Blancos hanya mengeluarkan lima juta euro untuk mendapatkan gelandang asal Uruguay tersebut.
Valverde tidak langsung berlaga di skuat utama Real Madrid. Dia lebih dulu bermain di Real Madrid Castilla pada musim 2016/2017 dan dipinjamkan ke Deportivo La Coruna pada musim 2017/2018.
Kini Valverde menjadi salah satu pemain penting Los Blancos pada era Carlo Ancelotti. Gelandang yang kini memiliki nilai pasar 80 juta euro tersebut sudah memainkan 164 pertandingan di semua kompetisi untuk Los Blancos dengan menyumbang 13 gol dan 10 assist.