Il [[31 Gennaiogennaio]] [[2011]] viene acquistato dal {{fc|Chelsea}} per 20 milioni di euro più il giocatore [[Nemanja Matić]], valutato 5 milioni, il quale si trasferisce in [[Portogallo]] a partire dal [[luglio]] del 2011.<ref>{{cita news |lingua=en |url=http://www.chelseafc.com/page/LatestNews/0,,10268~2281533,00.html |titolo=DAVID LUIZ SIGNS |pubblicazione=Chelseafc.com |giorno=31 |mese=gennaio |anno=2011}}</ref><ref>{{cita news |lingua=en |url=http://soccernet.espn.go.com/news/story/_/id/874012/chelsea-bolster-defence-with-L21.3m-david-luiz-signing?cc=5901 |titolo=Chelsea complete £21.3m Luiz signing |pubblicazione=Soccernet.Espn.go.com |giorno=31 |mese=gennaio |anno=2011}}</ref><ref>{{cita web |url=http://transfermarkt.it/it/david-luiz/transfers/spieler_46741.html |titolo=David Luiz |editore=Transfermarkt.it |accesso=1 febbraio 2011}}</ref><ref>{{cita web |url=http://transfermarkt.it/it/nemanja-matic/transfers/spieler_74683.html |titolo=Nemanja Matic |editore=Transfermarkt.it |accesso=1 febbraio 2011}}</ref>
Segna il suo primo gol con i ''Blues'' l' 1 Marzo 2011 a Stamford Bridge contro il Manchester United.
