Seine Profikarriere begann der Stürmer, der in der Jugend für SM Montrouge spielte, 2005 beim FC Rouen. Nach nur einem Jahr folgte der Wechsel nach Belgien zu Excelsior Mouscron.
Im August 2007 wechselte er zur TSG Hoffenheim, wo er einen Vertrag bis 2011 unterschrieb. Sein Debüt in der 2. Bundesliga gab er am 3. September 2007 bei der 3:2-Niederlage im Auswärtsspiel beim SC Freiburg. Bereits in seinem ersten Spiel in der 1. Fußball-Bundesliga erzielte er am 16. August 2008 sein erstes Bundesligator gegen Energie Cottbus. In seiner ersten Bundesligasaison bestritt er 33 Bundesligaspiele, schoss dabei 14 Tore und lieferte 7 Vorlagen.
Im Juli 2009 stand Demba Ba vor einem Wechsel zum VfB Stuttgart. Aufgrund einer bei der sportmedizinischen Untersuchung entdeckten, noch nicht verheilten Wunde, die von einer früheren Operation am Wadenbein stammte, scheiterte der Transfer jedoch. Im Dezember desselben Jahres verlängerte Ba seinen Vertrag in Hoffenheim bis 2013.
Im Januar 2011 weigerte sich Ba, mit in das Trainingslager der TSG Hoffenheim zu reisen. Ba begründete diesen Streik mit der Behauptung, Hoffenheim habe eine Zusicherung nicht eingehalten, wonach er unter Bedingungen wechseln dürfe, die ein Angebot von West Ham United erfüllt habe. Hoffenheims Manager Ernst Tanner bestritt Bas Vorwürfe und erklärte, dass ein Einsatz von Demba Ba für die TSG Hoffenheim nicht mehr vermittelbar sei. Am 15. Januar 2011 fiel Demba Ba bei der sportmedizinischen Untersuchung bei Stoke City durch, nachdem alle Parteien Einigkeit über einen Wechsel von Ba zu dem Verein aus Stoke-on-Trent erzielt hatten. Stoke City erklärte daraufhin, dass der Transfer nicht zustande kommen wird.
Stationen: FC Rouen Excelsior Mouscron TSG 1899 Hoffenheim