A ligação de Kleberson com o futebol começou cedo. Desde criança ele já brincava com bola nos gramados de Ibiporã, onde foi criado. Em pouco tempo, já estava jogando nas escolinhas, nos times amadores e também no futsal. Chegou a integrar os infantis do Londrina em 1995, mas foi dispensado. Foi convidado então para fazer um teste no Nichika, mantido por um grupo de japoneses em Londrina. Nesta época, chegou a ser indicado ao Flamengo, onde fez testes mas não se acostumou com o ambiente e com a distância da família. Resolveu voltar para casa e para o Nichika, onde seu destino começou a mudar. Depois de atuar algumas vezes contra o PSTC, acabou sendo comprado pelo clube por 5 mil reais.
Até que, em 1998, o PSTC disputou duas partidas amistosas contra um grupo de chineses em treinamento pelo Brasil. O Atlético, que alinhavava o início da parceria com o clube londrinense, assistiu ao jogo representado por Zequinha, que se interessou pelo futebol do jovem jogador.
Suas primeiras apresentações com o manto rubro-negro foram na Taça BH, com 19 anos de idade, ainda em 1998. No ano seguinte, começou atuando pelos juniores, mas logo foi convocado para a equipe principal, e estreou na derrota para o Paraná Clube pela Copa Sul, jogando como lateral-direita.
No jogo seguinte, no dia 30 de março, Kleberson apresentou seu cartão de visitas à torcida atleticana. Com um belo gol de fora da área e uma excelente atuação, o jovem meia ajudou o Atlético a empatar com o Cruzeiro por 3 a 3 no Mineirão e a garantir a classificação na Copa do Brasil. Depois disso, voltou a ter excelentes atuações e marcou vários gols de fora da área, o que se tornou sua marca registrada.
Mas naquele ano o Atlético tinha o "Quadrado Mágico", formado por Kelly, Adriano, Lucas e Kléber. Com isso, Kleberson teve de se contentar com a reserva, mas sempre participando dos jogos. Ele chegou até a marcar um importante gol na reestréia do Atlético na Baixada em Campeonatos Brasileiros, na vitória por 3 a 2 contra o Flamengo.
Em 2000, disputou a Taça São Paulo de Juniores e mostrou serviço. Na vitória contra o Fluminense, por 2 a 1, marcou “o gol que Pelé não fez”, batendo de trás do meio-de-campo e encobrindo o goleiro adversário, jogada que teve ampla repercussão pelo país. Em sua volta a Curitiba, chegou a atuar em algumas partidas pela Taça Libertadores. Na Copa João Havelange, definiu a vitória por 1 a 0 sobre Gama, em Brasília, e, chutando de fora da área, marcou também o gol de empate contra o Vasco, por 2 a 2, em São Januário. Foi o ano em que acabou se firmando como titular da camisa 10 do time.
Seu melhor ano no Atlético, obviamente, foi o de 2001. No primeiro semestre, conquistou o bicampeonato paranaense. Mas o melhor mesmo estava guardado para o segundo semestre, quando o Atlético se preparou bem e chegou ao título nacional. Logo na estréia, cobrando falta, deixou sua marca na vitória contra o Grêmio. Com muita regularidade e disciplina tática, Kleberson foi peça importantíssima nos quatro últimos jogos decisivos para o título do Brasileirão de 2001. Para se ter dimensão da relevância do jogador para o título, basta lembrar que neste ano ele foi premiado com a Bola de Prata em sua posição pela Revista Placar, e ficou em segundo lugar na Bola de Ouro, ultrapassado na última rodada por Alex Mineiro, autor do gol do título.
Passada a euforia pela conquista, começou o ano de 2002, que não foi bom para o Furacão. Ainda assim, conquistou o inédito tricampeonato paranaense. Mas se o momento era ruim para o Atlético, para Kleberson, em especial, foi o início de uma nova fase para sua carreira. Em janeiro, o meia recebeu sua primeira convocação para a Seleção Brasileira, que disputaria um amistoso em Goiânia contra a Bolívia. O placar elástico (6 x 0) contou com a participação do atleticano, que marcou um gol, fez o cruzamento para outro (de Gilberto Silva) e teve atuação elogiada por toda a mídia esportiva nacional.
Em 6 de maio de 2002, Luís Felipe Scolari divulgou a lista de jogadores que disputariam a Copa do Mundo, e o nome de Kleberson estava presente: o meia atleticano realizaria o seu sonho de disputar uma Copa do Mundo vestindo a camisa da Seleção Brasileira.
Na terceira partida do Brasil, contra a Costa Rica, Kleberson realizou sua estréia na Copa, entrando no segundo tempo em lugar do atacante Edílson, tornando-se assim o primeiro jogador em atividade por uma equipe do Paraná a atuar em uma Copa do Mundo. Tornou-se titular da Seleção e foi um dos melhores em campo na final do Mundial, contra a Alemanha. No primeiro tempo, quase abriu o placar ao mandar um tirambaço no travessão de Oliver Khan. No segundo, com o placar já em 1 a 0 para o Brasil, realizou o passe que contou com o corta-luz de Rivaldo para chegar aos pés do iluminado Ronaldo, que selou o quinto título mundial canarinho. Festa em Yokohama, festa no Brasil, em Curitiba, em Uraí, Ibiporã... Kleberson erguia a Taça do Mundo, orgulhando toda a nação paranaense, que viu a mídia especializada nacional render-se ao futebol do jovem meio-campo, apontando sua efetivação como titular como fator decisivo para a decolagem da Seleção rumo ao título.
Se foi grande a alegria gerada pela conquista de Kleberson na Seleção, sua volta ao Atlético trouxe decepção para a torcida. Esperava-se, em primeiro lugar, a realização de uma negociação milionária, rentável para o clube e interessante para o jogador, que nunca escondeu a vontade de atuar no futebol Europeu. No entanto, o mercado internacional estava retraído, e o Atlético não recebeu nenhuma proposta aceitável para a venda do seu camisa 10. O jeito foi mantê-lo no time e aguardar novas propostas. Mesmo assim, o clube não deixou de homenagear o craque. Em 19 de agosto de 2002, foi colocada no hall principal do Estádio Joaquim Américo uma placa de bronze com o seguinte dizer: "Kleberson, o Clube Atlético Paranaense sente-se honrado em revelar ao mundo seu ilustre guerreiro e compartilhar esta emoção com 170 milhões de apaixonados pentacampeões".
Em 6 de julho de 2003, Kleberson disputou sua última partida com as cores do Furacão. Depois disto, no dia 16 do mesmo mês, foi finalmente anunciada a negociação do jogador com o Manchester United por R$ 23 milhões. Não conseguiu se adaptar ao futebol inglês e passou vários meses sem jogar. Em 2005, foi contratado pelo Besiktas, da Turquia, e recuperou a boa forma dos tempos e Atlético.
