Pada tanggal 15 April 2011, ia mencetak gol pertamanya untuk FC Metz, saat mereka bermain imbang 3–3 melawan Clermont.

Genk (2012 – 2014)

Koulibaly bergabung dengan klub Belgia Genk pada 29 Juni 2012 setelah menyetujui kontrak empat tahun. Pada 23 Agustus 2012, Koulibaly melakukan debut Genk di babak kualifikasi play-off Liga Europa UEFA, di mana mereka dikalahkan oleh tim Swiss Luzern 2-1 di leg pertama dua pertandingan.

Sejak bergabung dengan klub, ia menjadi tim reguler pertama untuk tim tersebut, kebanyakan bermain di posisi bek tengah. Pada 23 Desember 2012, Koulibaly mencetak gol pertamanya di Racing Genk dalam kekalahan kandang 4-2 dari Anderlecht.

Napoli (2014 – Juli 2022)
Koulibaly bergabung dengan klub Serie A SSC Napoli pada 2 Juli 2014 dengan kontrak lima tahun, dengan biaya sekitar £6,5 juta. Dia melakukan debutnya pada 19 Agustus 2014 di babak kualifikasi play-off Liga Champions UEFA, di mana Napoli bermain imbang 1-1 dengan Athletic Bilbao.