Revelado pelo Cruzeiro, onde chegou aos 13 anos, Murilo foi figura constante em convocações da Seleção Brasileira de base e estreou profissionalmente pelo time celeste em 2017. Integrou o elenco campeão mineiro em 2018 e 2019 e da Copa do Brasil em 2017 e 2018, somando, ao todo, 60 partidas pelo clube. Na Raposa, jogou ao lado de Rony, ainda na base, e de Mayke.

No meio da temporada de 2019, valorizado pela eficiência no jogo aéreo e pela firmeza atuando do lado esquerdo da zaga, Murilo foi vendido ao Lokomotiv Moscou, pelo qual contabilizou 71 partidas (sendo dez pela Champions League) e cinco gols, além dos títulos da Supercopa da Rússia de 2019 e da Copa da Rússia em 2021.

Logo em seu primeiro ano pelo Palmeiras, Murilo já se tornou o zagueiro com mais gols pelo clube em uma única temporada, ao lado de Gustavo Gómez (ambos marcaram 11 vezes em 2022 e superaram Júnior Baiano, que fez dez tentos em 1999).