Musim panas 2012 menandai kedatangan Mariano Diaz ke Real Madrid. Berawal dari tim akademi, penyerang asal Republik Dominika itu membutuhkan waktu empat tahun sebelum akhirnya mendapat kesempatan promosi ke skuad senior Los Blancos.
Diaz menjalani debutnya pada 27 Agustus 2016 dalam laga Liga Spanyol melawan Celta Vigo. Namun, setelah hanya tampil dalam 14 pertandingan, ia akhirnya dilepas ke Olympique Lyon karena gagal bersaing memperebutkan posisi di lini serang Madrid.
Keputusan hijrah ke Prancis menjadi titik balik kariernya. Bersama Lyon, Diaz kembali menemukan performa terbaiknya, mencetak 21 gol dari 48 penampilan selama dua musim.
