Paulo Assunção zawodową karierę rozpoczynał w 2000 roku w Palmeiras São Paulo. Stamtąd trafił do FC Porto, jednak nie przebił się do podstawowej kadry "Smoków" i występował w drugiej drużynie. W 2001 roku Brazylijczyk powrócił do Palmeiras, by po roku znów wyjechać do Portugalii. Tam Assunção podpisał kontrakt z Nacional Funchal. W BWIN Lidze Paulo zadebiutował 26 stycznia 2003 roku w pojedynku przeciwko Vitórii SC. Brazylijski pomocnik w Nacionalu spędził dwa sezony, w trakcie których rozegrał 50 spotkań i strzelił dwa gole. W 2004 roku podpisał kontrakt z występującym w Alpha Ethniki AEK-iem Ateny. Grał tam jednak tylko przez jeden sezon, po czym zdecydował się znów spróbować swoich sił w FC Porto. Na Estádio do Dragão udało mu się przebił do pierwszej drużyny. W 2005 roku zdobył superpuchar Portugalii, w 2006 zanotował zwycięstwo w rozgrywkach ligowych oraz krajowym pucharze. W 2007 roku Assunção wraz z Porto po raz drugi w karierze wywalczył mistrzostwo Portugalii, a po kolejny tytuł mistrza kraju sięgnął w następnym sezonie. 29 maja 2008 roku na prawie Webstera rozwiązał kontrakt z dotychczasowym klubem. 6 lipca podpisał kontrakt z Atlético Madryt.