Известно о том, что Луис Гильерме еще в 2017 году присоединился к академии клуба «Палмейрас», и с тех пор выступает именно здесь. Летом 2022 года футболист подписал свой первый профессиональный контракт с командой. Также полузащитник играет в составе сборной Бразилии до 20 лет, и вместе с этой национальной командой выиграл Чемпионат Южной Америки в 2023 году.
Этим футболистом также интересовалась и мюнхенская «Бавария», а в СМИ Луиса Гильерме называют впечатляющим игроком. Полузащитник принял участие в 22 матчах за «Палмейрас» после того, как подписал профессиональный контракт. Он еще не отличился результативными действиями за первую команду.