Formado no Santos, Clayton passou pelo EC São Bernardo antes de se transferir para Portugal, em 2019. O zagueiro atuou por Famalicão, Felgueiras 1932, Real Massamá e Nacional da Ilha da Madeira até chegar ao AVS, por empréstimo, em 2023/24.
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Após bom desempenho em sua temporada de estreia, eleito para a seleção da 2ª divisão portuguesa, Clayton Sampaio foi comprado em definitivo pelo AVS no início de 2024/25. Dois meses depois, porém, acabou vendido ao Inter, conforme antecipado pelo Flashscore. Ele era alvo de outros clubes, tanto brasileiros quanto europeus.
Ao todo, Clayton disputou 43 jogos com a camisa do AVS. O zagueiro chegou a atuar nas duas primeiras rodadas da Liga Portugal desta temporada, contra Nacional e Gil Vicente.
O novo reforço é o quarto do Internacional para o segundo semestre. Além de Clayton Sampaio, chegaram o lateral-direito Nathan, o zagueiro Agustín Rogel e o meia Bruno Tabata.
