Cagliari W 2008 został zawodnikiem Cagliari Calcio, w barwach którego 14 września 2008, w meczu ze Sieną, zadebiutował w Serie A. W debiutanckim sezonie włoski obrońca wystąpił tylko w 10 ligowych pojedynkach, ale w kolejnych rozgrywkach był już podstawowym zawodnikiem zespołu z Sardynii. 31 stycznia 2010 w meczu z Fiorentiną (2:2) zdobył swoją pierwszą bramkę w Serie A. W Cagliari spędził sześć lat rozgrywając w tym czasie 178 spotkań i strzelając 3 bramki.
AS Roma lewo|mały|224x224px|Davide Astori jako piłkarz AS Romy (2014) 24 lipca 2014 został wypożyczony na rok do AS Romy. W nowym klubie zadebiutował 30 sierpnia 2014 w meczu I kolejki Serie A z Fiorentiną (2:0), rozgrywając pełne 90' minut. 17 września 2014 w meczu z CSKA Moskwa, który zakończył się zwycięstwem Romy 5:1, zadebiutował w Lidze Mistrzów. 6 stycznia 2015 zapewniając drużynie wyjazdowe zwycięstwo 1:0 z Udinese Calcio, zdobył swoją pierwszą bramkę dla Romy. W sezonie 2014/15 zagrał łącznie w 30 spotkaniach drużyny ze Stadio Olimpico strzelając 1 bramkę, a po jego zakończeniu powrócił do Cagliari Calcio.