Milan Badelj telah menandatangani kelab Dinamo Zagreb pada usia 17 tahun pada tahun 2007 sejurus selepas beliau keluar daripada kelab remaja NK Zagreb. Pada musim 2007–08, beliau telah dipinjam ke Lokomotiva untuk menerima pengelaman bola sepak. Beliau bermain sebanyak 28 perlawanan dan menjaringkan tujuh gol dalam kempen Treća HNL.

Dinamo Zagreb

Beliau menggantikan pemain Luka Modrić, yang menjadi pemain utama kelab itu dan ia telah berpindah ke Tottenham Hotspur pada 2008.

Beliau membuat debut senior untuk Dinamo Zagreb dalam kelayakan Liga Juara-Juara menentang Linfield F.C. Beliau membuat penampilan pertama di liga domestik ketika perlawanan pembukaan musim 2008–09 HNK Rijeka dan beliau juga menjaringkan gol pertamanya untuk Dinamo, keputusannya menang 2–0. Beliau menghabiskan musim pertamanya bersama Dinamo dengan 31 penampilan domestik dan 12 penampilan Piala UEFA.

Dalam musim 2011–12, beliau sebahagian daripada skuad Dinamo Zagreb yang melangkah ke peringkat kumpulan Liga Juara-Juara buat pertama kali dalam masa 12 tahun. Beliau bermain semua keenam-enam perlawanan Dinamo Zagreb di peringkat kumpulan menentang Real Madrid, Olympique Lyonnais dan Ajax Amsterdam.

Dalam perlawanan akhirnya di Dinamo ketika perlawanan play-off Liga Juara-Juara, Badelj telah menjaringkan gol sendiri kepada Maribor dalam perlawanan pertama di Zagreb. Walau bagaimanapun, pemain Croatia itu berjaya menjaringkan gol kemenangan pada separuh masa kedua.

Hamburg

Beliau sertai kelab Hamburger SV pada Ogos 2012 dengan bayaran tertutup tetapi dilaporkan sekitar 3.5 juta euro (daripada media Croatia). Beliau membuat debut Bundesliga ketika menentang SV Werder Bremen. Badelj menjaringkan gol pertamanya di Bundesliga ketika menentang FC Schalke 04 pada November 2012.

Fiorentina

Pada 31 Ogos, Badelj dilaporkan telah menandatangani kelab Serie A, ACF Fiorentina dengan bayaran sebanyak 5 juta euro.