Red Bull Salzburg

Adeyemi bermain sebagai pemain muda untuk TSV Forstenried, dan pada usia lapan tahun dia menyertai kelab Bundesliga tempatan, FC Bayern München pada tahun 2010. Disebabkan kebuntuan dalam merundingkan dia terus kekal di kelab itu, berlaku pertikaian dan Adeyemi akhirnya terpaksa meninggalkan kelab itu yang bermakna dia menyertai SpVgg Unterhaching pada 2012.[3] Selepas maju melalui jabatan belia, dia membuat penampilan sulungnya pada Mac 2018 untuk pasukan B-19 dalam A-Junioren-Bundesliga (Bawah-19 Bundesliga). Dia menjaringkan gol pertamanya dalam liga ini pada April 2018 dalam kekalahan 2–3 kepada Eintracht Frankfurt B-19. Dengan Unterhaching, dia mengalami penyingkiran ke A-Jugend Bayernliga (Bawah-19 Bayernliga) pada penghujung musim.

Sebelum musim 2018–19, Adeyemi telah ditandatangani oleh kelab Austria, FC Red Bull Salzburg di mana dia menandatangani kontrak selama tiga tahun.[4] Dia kemudiannya dipinjamkan ke kelab FC Liefering untuk musim ini. Adeyemi membuat debut 2. Liganya pada 1 September 2018 menentang Austria Lustenau, di mana dia bermain permainan penuh ketika Liefering tewas 1–0.[5] Pada 1 Disember 2020, dia menjaringkan gol Liga Juara-Juara pertamanya dalam kemenangan 3–1 di tempat lawan ke atas Lokomotiv Moscow pada musim 2020–21.[6]

Borussia Dortmund

Pada 10 Mei 2022, Adeyemi diumumkan telah menyertai kelab Bundesliga, Borussia Dortmund dengan perjanjian sehingga musim panas 2027.[7] Pada 5 Oktober, dia menjaringkan gol Liga Juara-Juara pertamanya bersama Borussia Dortmund dalam kemenangan 4–1 di tempat lawan ke atas Sevilla.[8] Pada 15 Februari 2023, dia menjaringkan satu-satunya gol daripada serangan solo dalam kemenangan 1–0 ke atas Chelsea dalam pusingan 16 Liga Juara-Juara.[9]