Palhares, der unter ärmlichen Verhältnissen im ländlichen Brasilien aufwuchs, absolvierte 2004 seinen ersten MMA-Kampf. 2008 wurde er von der Ultimate Fighting Championship, der größten MMA-Organisation der Welt, unter Vertrag genommen und gewann seinen Debütkampf bei UFC 84 gegen Ivan Salaverry durch einen Armbar. Im September 2008 unterlag er Superstar Dan Henderson bei UFC 88 nach Punkten. Im März 2010 kam es während des Kampfes gegen Tomasz Drwal zur ersten Kontroverse um Palhares, als er einen Heel Hook auch nach Eingreifen des Schiedsrichters nicht sofort losließ und daraufhin für 90 Tage suspendiert wurde.
Bei seiner Rückkehr im September 2010 erlitt er gegen Nate Marquardt seine erste vorzeitige Niederlage durch Knockout. Nach dem Kampf unterstellte Palhares Marquardt, sich mit einem Schmiermittel eingerieben zu haben, um so leichter den Submissions zu entkommen. Nachdem der Ringarzt und die anwesende Kommission dies untersuchten und nichts gefunden hatten, wurde Marquardt endgültig der Sieg zugesprochen. Nach dem Kampf entschuldigte sich Palhares für die falschen Anschuldigungen.[1]
Nach drei Siegen in Folge kassierte er gegen Alan Belcher und Hector Lombard zwei weitere schwere K.-o.-Niederlagen, woraufhin Palhares vom Mittelgewicht ins Weltergewicht wechselte. Dort gewann er seinen ersten Kampf gegen Mike Pierce im Oktober 2013 durch einen Heel Hook nach nur 31 Sekunden, wurde danach jedoch von der UFC entlassen, da er die Submission abermals nicht rechtzeitig löste und somit den Gegner schwer verletzte.
Palhares setzte seine Karriere bei der World Series of Fighting fort, wo er schon im ersten Kampf gegen Steve Carl, abermals durch einen Heel Hook, die Weltmeisterschaft im Weltergewicht gewann. Im August 2015 wurde Palhares allerdings auch von der WSOF entlassen, da er zum dritten Mal einen Aufgabegriff länger als erlaubt hielt, dieses Mal einen Kimura gegen Jake Shields. Am 22. Mai 2016 verlor Palhares bei Venator FC III gegen Emil Weber Meek überraschend nach nur 45 Sekunden durch K. o.
1) Amirov gewann den Fight durch eine kontroverse Split Decision. Nach Einspruch des Teams von Palhares wurde die Entscheidung am 11. September 2017 in ein Draw geändert[2]