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Revelado pela Ponte Preta, foi jogar na França no começo dos anos 2000, mas voltou para o Brasil em 2001 e passou a atuar pelo São Paulo por empréstimo, onde foi um dos destaques do time marcando 30 gols em 50 jogos, com média de 0,60 gol por jogo. No primeiro semestre de 2002, o artilheiro voltou ao Rennes, que ainda detinha dos seus direitos federativos, mas permaneceu por apenas seis meses, pois na segunda metade do ano foi contratado em definitivo pelo tricolor.
O Campeonato Brasileiro de 2002 marcou o início de uma nova fase na carreira de Luís Fabiano. Satisfeito pelo fato da diretoria do São Paulo apostar em seu futebol e contratá-lo por um valor alto para os padrões nacionais na época, sendo US$ 2,1 milhões(cerca de R$ 4 milhões), o jogador foi artilheiro da competição, com 19 gols, e passou a ter uma grande identificação com a torcida são-paulina. A média de gols do jogador também aumentou significativamente: em apenas um semestre, Luis Fabiano marcou 21 gols em 25 jogos - média de 0,84 gol por jogo. Com grandes atuações, ano após ano, foi vendido ao Porto em 2004.
Em 2011, Juvenal Juvêncio, presidente do São Paulo na época, anuncia o retorno de Luis Fabiano ao clube, após a contratação junto ao Sevilla, por 7,6 milhões de euros (19,9 milhões de reais), firmando um contrato com duração de quatro anos. No dia de sua apresentação havia aproximadamente 45 mil pessoas no Estádio do Morumbi, uma das maiores do futebol brasileiro e a sexta do futebol mundial.
Ficou no time do Morumbi até 2015, sempre sendo destaque e artilheiro da equipe, se tornou o terceiro maior artilheiro da história do São Paulo. Mas em 2015 não teve seu contrato renovado e foi embora para a China. Até hoje seu nome é ecoado nas arquibancadas do Cícero Pompeu de Toledo, pois Fabuloso se tornou querido e ídolo do tricolor e muitos pensam em sua volta depois de passagens ruins de camisas 9 pelo time do São Paulo
Ao todo, foram 347 partidas e 213 gols marcados pela camisa do São Paulo. conquistou a taça Rio-São Paulo em 2001 e a Copa Sul-Americana em 2012.
Um bom Campeonato Paulista pode dar mais uma oportunidade para Luis Fabiano no São Paulo?
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