Były gracz m.in. Bayernu Monachium i River Plate Buenos Aires szukał od jakiegoś czasu pracodawcy, ponieważ nie chciał przedłużyć umowy z Malagą, w której spędził dwa i pół roku. Demichelis dwukrotnie sięgnął z River Plate po mistrzostwo Argentyny (2002, 2003). Swoimi występami zwrócił uwagę szefów zespołu z Monachium, gdzie został sprowadzony przed sezonem 2003/04. Pierwszy rok nie był dla niego udany z powodu dręczących go kontuzji. Po przyjściu do klubu trenera Felixa Magatha wywalczył sobie miejsce w podstawowym składzie. Zdobył trzykrotnie mistrzostwo (2005, 2006, 2010) i Puchar Niemiec (2005, 2006, 2010). W styczniu 2011 przeszedł do Malagi.