2009-10赛季，C罗以创世界纪录的9400万欧元转会费从曼联转会皇马，签约至2015年，年薪1100万欧元，违约金10亿欧元。至少有名球迷参加了C罗在伯纳乌球场的亮相仪式，打破了由25年前马拉多纳加盟那不勒斯时创造的名球迷参加亮相仪式的纪录。由于当时皇马的队长劳尔身披7号球衣，因此C罗在加盟时选择了9号球衣，皇马传奇球星迪斯蒂法诺亲自授予他这个号码。
加盟皇马后的首个赛季，C罗各项赛事为球队打进33球。
2010-11赛季，皇马队长劳尔转投沙尔克04，C罗正式接过了皇马的7号球衣。
2010-11赛季西甲末轮，皇马主场8-1战胜阿尔梅里亚，C罗上演梅开二度将个人本赛季的联赛进球数锁定在40球，从而成为首位在西甲联赛单赛季打进40球的球员。40粒联赛进球使得C罗夺得当赛季西甲金靴和欧洲金靴，他也成为首位在不同联赛都获得过欧洲金靴奖的球员。
2010-11赛季国王杯决赛，C罗在第103分钟攻入一球，帮助皇马通过加时赛1-0战胜巴萨，捧起国王杯冠军，这是C罗加盟皇马后的首个冠军奖杯。
整个2010-11赛季，C罗共为皇马出场54次，打进53球，送出18次助攻，这也是他个人单赛季进球的新纪录。
单赛季53球的纪录并未维持太久，2011-12赛季C罗就用55次出场60粒进球刷新了这一数据。并且在这个赛季，C罗帮助皇马在联赛中取得100个积分，皇马也时隔4年再次夺得联赛冠军。C罗在那个赛季成为了西甲历史首位单赛季对阵19支球队都取得进球的球员。
C罗打进了个人加盟皇马后的第100粒进球，仅用了92场比赛，打破了此前由普斯卡什保持的俱乐部最快100个进球纪录。
2012-13赛季，C罗以一座西超杯冠军拉开帷幕，两回合面对巴萨的比赛C罗各入一球，皇马总比分4-4与对手战平，以客场进球优势夺冠，这是C罗加盟皇马后的第三座冠军奖杯。
2013-14赛季初，皇马将C罗的合同延长至2018年，税后年薪也上涨至了1700万欧元，这一度使他成为世界上薪水最高的足球运动员。同一年，威尔士边锋贝尔以1亿欧元的转会费加盟皇马，打破了C罗在2009年创造的9400万欧元转会费纪录。整个2013年，C罗在59场比赛中打进69球，这也是他截至2022年个人单个自然年的最高进球纪录。