19 sierpnia 2022 Manchester United ogłosił, że doszedł do porozumienia z Realem Madryt w sprawie transferu Casemiro. 22 sierpnia 2022 roku podpisał czteroletni kontrakt z opcją przedłużenia o kolejny rok z Manchesterem United. W nowym klubie zadebiutował 27 sierpnia 2022 roku w wygranym 0:1 meczu przeciwko Southampton, zmieniając w 80 minucie spotkania Anthony’ego Elangę. Swoją pierwszą bramkę dla Manchesteru United strzelił 22 października 2022 roku w zremisowanym 1:1 meczu przeciwko Chelsea. 22 stycznia 2026 roku ogłoszono, że wraz z końcem sezonu 2025/2026 Casemiro odejdzie z klubu jako wolny agent. Ostatni mecz dla angielskiego klubu rozegrał 17 maja 2026 roku, przeciwko Nottingham Forest (3:2).
Kariera reprezentacyjna Casemiro w reprezentacji Brazylii zadebiutował 14 września 2011 w zremisowanym 0:0 towarzyskim meczu z reprezentacją Argentyny.
W marcu 2011 Casemiro wraz z reprezentacją Brazylii U-20 wywalczył Mistrzostwo Ameryki Południowej U-20. Na turnieju w Peru Casemiro wystąpił w 8 spotkaniach, w których strzelił 3 bramki. W sierpniu Casemiro wraz kadrą U-20 zdobył Mistrzostwa Świata U-20.