2017年8月31日，巴黎聖日耳曼宣布姆巴佩將以先租借后買斷的形式從摩納哥俱樂部加盟。當時除了巴黎聖日耳曼之外，皇家馬德里是最有希望簽約姆巴佩的俱樂部。但是當時皇馬主帥齊達內並沒有向這名年輕人保證他在皇家馬德里的首發位置。因為此時的皇馬剛剛奪得他們歷史上的第十二個歐冠冠軍，本澤馬、貝爾和C羅組成的“BBC組合”正橫掃整個歐羅巴。巴黎聖日耳曼必須拿出皇家馬德里兩倍的努力，才有可能簽下這位天才少年，因為姆巴佩想加盟一個更有聲望的俱樂部。他們確實也這麼做了。
巴黎主教練烏埃默里和團隊一起親自去了姆巴佩的家中，向他們詳細介紹了俱樂部的未來規劃，以及姆巴佩的不可或缺。巴黎聖日耳曼的誠意最終打動了姆巴佩一家。姆巴佩以1.45億歐元加上3500萬歐元浮動條款加盟了大巴黎，這使他成為有史以來身價最高的青年球員，這也是法甲有史以來最昂貴的轉會，同時也是世界足球史上第二貴的轉會，僅落後於巴黎隊友內馬爾。抵達法國首都後，姆巴佩選擇了29號球衣。
9月8日，大巴黎法甲5-1戰勝梅斯，姆巴佩在他的俱樂部首秀中取得進球。四天後，姆巴佩在歐冠小組賽5-0客場擊敗凱爾特人隊的比賽中為巴黎打進了他的第一個歐洲進球。 12月6日，姆巴佩在歐冠1-3負于拜仁慕尼黑的比賽中打進了他的第10個歐冠進球，並以18歲零11個月的年齡成為歐冠歷史上打入10粒進球最年輕的球員。 2018年5月8日，姆巴佩在巴黎聖日耳曼贏得了他的第一個聯賽冠軍，同時獲得了當賽季的法國盃冠軍。 2017–18賽季，姆巴佩共出場44次，打進21球。
2018年7月，姆巴佩獲得了大巴黎新賽季的7號球衣。姆巴佩說，“我一直努力在球場上取得進步，我認為，對我來說，現在是改變號碼的正確時機。這是一種肯定。7號球衣是一個傳奇，很多偉大的球員都穿過它。我希望我能在球場上以優異的表現展現這個號碼的價值。”在2018–19賽季的首次亮相中，姆巴佩在最後10分鐘內梅開二度，幫助巴黎聖日耳曼在聯賽中以3-1戰勝甘岡。在主場3-1戰勝昂熱的比賽中，姆巴佩、卡瓦尼和內馬爾的前場三人組均斬獲進球。
9月1日，在客場4-2戰勝尼姆的比賽中姆巴佩進球並助攻，但在傷停補時階段姆巴佩報復性的推倒了薩瓦尼爾，職業生涯中第一次被紅牌罰下。對於自己被罰下場，姆巴佩賽後告訴記者，“如果再給我一次機會，我也會做同樣的事情。我會向球迷和所有人道歉，但我不能容忍這種事情。” 10月8日，19歲零9個月的姆巴佩在主場5-0戰勝里昂的比賽中在13分鐘內打進4球，成為法甲歷史上完成大四喜最年輕的球員。 12月3日，姆巴佩成為首屆科帕獎得主，該獎項由法國足協授予世界上21歲以下的最佳球員。
2019年2月12日歐冠八分之一決賽，在老特拉福德球場以2-0戰勝曼聯的比賽中，姆巴佩攻入一球。 3月2日，他在客場2-1戰勝卡昂的比賽中梅開二度實現他在俱樂部的第50個進球。 3月6日，巴黎聖日耳曼在主場以3-1負于曼聯，因客場進球規則被淘汰出歐冠。 4月21日，在3-1戰勝老東家摩納哥的比賽中姆巴佩上演帽子戲法。巴黎聖日耳曼以法甲冠軍的身份結束了本賽季，姆巴佩個人獲得了年度最佳球員獎，同時還以33個進球成為了聯賽最佳射手。
8月3日，姆巴佩在法國超級盃2-1戰勝雷恩的比賽中進球級盃奪得了他在2019-20賽季的第一個冠軍頭銜。 8月11日，在巴黎聖日耳曼本賽季的法甲首場比賽中姆巴佩再次得分，幫助球隊主場以3-0戰勝尼姆。 10月22日，在歐冠聯賽以5-0客場戰勝比利時布魯日隊的比賽中，姆巴佩替補出場並上演了帽子戲法，20歲零306天的姆巴佩成為歐冠有史以來打進15球的最年輕球員。
2020年5月1日，因為新冠疫情的影響，法甲提前結束，大巴黎領先馬賽12分獲得冠軍。姆巴佩以18個進球成為法甲聯賽的最佳射手。然而，姆巴佩憑藉出色的場均進球率獲得了最佳射手的稱號。之後巴黎聖日耳曼又拿下法國盃和聯賽盃的冠軍，完成了國內三冠王偉業。在8月12日對陣亞特蘭大的歐冠四分之一決賽中姆巴佩替補出場，並在傷停補時階段助攻隊友攻入製勝球。 8月23日，2020年歐冠決賽中巴黎聖日耳曼最終以0-1不敵拜仁慕尼黑，痛失冠軍。
姆巴佩因為在為法國國家隊效力時感染了新冠，因此錯過了2020-21賽季的前三場比賽。 2020年10月28日，姆巴佩在歐冠小組賽2-0戰勝伊斯坦布爾巴沙克謝希爾的比賽中助攻2球。 12月5日，在法甲對陣蒙彼利埃的比賽中，姆巴佩打進了他在巴黎勝日耳曼的第100個進球，成為俱樂部第五位實現這一壯舉的球員。在最後一場歐冠小組賽中，姆巴佩梅開二度，成為當時冠軍聯賽歷史上打入20球最年輕的球員。
2021年2月16日，姆巴佩成為第三位在歐冠對陣巴塞隆納的比賽中上演帽子戲法的球員，當時巴黎聖日耳曼在諾坎普以4-1獲勝。姆巴佩的帽子戲法也讓他超越了保萊塔的109球，成為巴黎聖日耳曼歷史射手榜名列第三的球員。 2月27日，姆巴佩在客場4-0戰勝第戎的比賽中梅開二度，成為第一個在法甲單賽季上演五次梅開二度的球員。
在3月10日對陣巴塞隆納的歐冠1/8決賽第二回合比賽中，姆巴佩的點球幫助巴黎聖日耳曼以總比分5-2戰勝對手晉級四分之一決賽。姆巴佩的進球是他的第25個歐冠進球，就此超越梅西成為達到這一里程碑的最年輕球員，年僅22歲零80天。加上首回合的帽子戲法，姆巴佩還成為首位在歐冠單賽季對陣巴薩的比賽中攻入四球的球員。
5月17日，姆巴佩在聯賽4-0戰勝蘭斯的比賽中打進了他本賽季的第40個進球，這是他迄今為止進球最多的的一個賽季。三天後，姆巴佩在法國盃決賽對陣老東家摩納哥的比賽中打進一球並助攻一球，巴黎聖日耳曼以2-0獲勝奪得了本賽季的第一個獎盃。他以27個進球結束了法甲聯賽，連續第三個賽季成為聯賽最佳射手。
2021年8月14日，在巴黎聖日耳曼隊2021-22賽季首場主場對陣斯特拉斯堡的比賽之前，姆巴佩在主場王子公園球場聽到了球迷的噓聲，因為傳聞他想加盟西甲皇家馬德里而不願和球隊續約。 12月7日，姆巴佩在歐冠主場4-1戰勝布魯日的比賽中攻入兩球。這兩個進球是他在歐冠聯賽中的第30粒和第31粒進球，使他成為歐冠歷史上攻入30球最年輕的球員。
12月12日，姆巴佩在法甲對陣摩納哥的比賽中梅開二度，為巴黎聖日耳曼打入了第一百粒聯賽進球。 22歲零357天，他成為法甲聯賽歷史上為單支球隊攻入100球最年輕的球員。賽季末，在被傳了幾乎一個賽季要加盟皇家馬德里俱樂部之後，姆巴佩再次被大巴黎的誠意所打動選擇留在球隊。新合同延長至2025年，400萬英鎊的月薪使姆巴佩成為世界上收入最高的球員，而簽字費更是高達1億英鎊。
2022年8月13日，在主場5-2戰勝蒙彼利埃的比賽中，姆巴佩打進了2022-23賽季代表巴黎聖日耳曼的第一個進球。八天後，在客場7-1戰勝里爾的比賽中姆巴佩上演了本賽季的第一個帽子戲法。他在比賽開始後僅8秒打入的一球，成為法甲歷史上第二快的進球，比1992年米歇爾里奧在甘岡對陣卡昂時的進球僅慢了十分之一秒。 9月6日，姆巴佩在巴黎聖日耳曼對陣尤文圖斯的歐冠首場比賽中梅開二度，幫助球隊在主場以2-1獲勝。
截至目前，姆巴佩在為巴黎聖日耳曼效力的六個賽季中共出場237次，打入190球。
