Combatte nella categoria dei pesi gallo per l'organizzazione UFC, nella quale è stato campione di categoria prima ad interim e poi indiscusso dal 2012 al 2014.
Dopo la sconfitta all'esordio come professionista Renan Barão mise a registro una striscia di imbattibilità che durò per 33 incontri consecutivi fino al maggio 2014, quando non riuscì a difendere il titolo contro T.J. Dillashaw: al tempo tale record di imbattibilità era il terzo che si ricordi dopo le strisce di 40 incontri di Travis Fulton e di 37 di Ihor Vovčančyn.
Nel 2010 venne segnalato da Sherdog.com come il miglior giovane in prospettiva del Brasile.
È compagno di team di José Aldo, Diego Nunes, Eduardo Dantas, Marlon Sandro e Cláudia Gadelha nella Nova União di Rio de Janeiro.
Carriera nelle arti marziali miste Inizi Renan Barão ha passato i primi cinque anni di carriera da professionista in patria lottando per diverse organizzazioni come la franchigia brasiliana della nipponica Shooto e Jungle Fight, la più prestigiosa lega di arti marziali miste del paese sudamericano.
Dopo la sconfitta all'esordio contro Joao Paulo Rodrigues de Souza (14 aprile 2005) Renan Barão scrive sicuramente una pagina importante nella storia delle MMA brasiliane vincendo un incontro dopo l'altro, arrivando nel 2010 ad esibire un record personale di 23-1 (1).
World Extreme Cagefighting Con un ottimo curriculum Renan Barão entra nella federazione statunitense WEC.
L'esordio è datato 20 giugno 2010, ed è una vittoria per sottomissione contro Anthony Leone.
Nel secondo incontro sottomette per strangolamento l'ex Strikeforce Chris Cariaso.
Ultimate Fighting Championship Nel 2011 l'UFC, lega che al tempo raccoglieva i migliori lottatori di ogni categoria di peso, rilevò la WEC e fuse i roster delle due organizzazioni, mettendo quindi sotto contratto Renan Barão.
Renan Barão avrebbe dovuto affrontare Demetrious Johnson ma questo andò a sostituire l'infortunato Brad Pickett nel match contro Miguel Torres, di conseguenza a Barão venne opposto l'ex campione dei pesi piuma WEC Cole Escovedo: Barão si impose ai punti bagnando il suo esordio con una vittoria su un top fighter.
Successivamente sconfisse per sottomissione anche Brad Pickett, ex campione della britannica UCMMA.
S'impose anche su Scott Jorgensen, all'unanime uno dei primi 10 pesi gallo del mondo, sebbene l'incontro terminò ai punti e mancò di colpi di scena; con la vittoria su Jorgensen Barão portò la propria striscia di risultati utili consecutivi a 29 incontri, superando quella del leggendario Fedor Emelianenko.
Campione dei Pesi Gallo UFC Nel luglio 2012 Barão avrebbe dovuto affrontare Ivan Menjivar, lottatore che vantava un record UFC di 3-0, e l'incontro avrebbe fatto parte dell'evento UFC 148: Silva vs. Sonnen II che prevedeva, oltre alla sfida per il titolo dei pesi medi tra Anderson Silva e Chael Sonnen, anche l'incontro per la cintura dei pesi gallo tra il campione in carica Dominick Cruz e l'eterno rivale Urijah Faber: a causa di un infortunio capitato al campione l'UFC scelse proprio Barão per affrontare Faber in un incontro valido per la nuova cintura dei pesi gallo ad interim; successivamente l'incontro venne spostato all'evento UFC 149. Nell'incontro per il titolo ad interim Barão fa valere il miglior allungo e la sua grande tecnica nei calci per dominare Faber in almeno quattro round su cinque, in quanto i giudici a fine gara diedero una vittoria unanime al brasiliano con i punteggi di 49-46, 50-45 e 49-46.
A causa del lungo infortunio del campione Dominick Cruz Barão si vede costretto a difendere il titolo ad interim nel febbraio 2013 contro il numero 2 del ranking ufficiale UFC dei pesi gallo Michael McDonald, giovanissimo e completo lottatore di MMA dotato di un buon colpo da KO: Barão patisce un po' nel primo round ma successivamente fa valere la migliore lotta ed il miglior grappling e durante il quarto round porta a terra l'avversario e lo sottomette con uno strangolamento.
In giugno avrebbe dovuto difendere nuovamente la cintura contro Eddie Wineland in Canada, ma un infortunio al piede impose il posticipo dell'incontro titolato che si tenne in settembre: Barão riuscì nella seconda difesa del titolo contro un pericoloso kickboxer come Wineland mettendo KO l'avversario con uno spettacolare calcio girato che gli valse anche il riconoscimento Knockout of the Night.
Il 1º febbraio 2014 avrebbe finalmente dovuto affrontare il campione ufficiale Dominick Cruz nel match di unificazione delle due cinture, ma Cruz s'infortunò nuovamente e di conseguenza Barão venne promosso a campione indiscusso e la sua prima difesa del titolo fu il rematch contro Urijah Faber: questa volta Barão riuscì a chiudere il match nel primo round prima stendendo lo statunitense con una serie di colpi e poi imponendo lo stop per mezzo di un efficace ground and pound, difendendo così per la prima volta il titolo di campione indiscusso.
Perdita del titolo e nuova chance In maggio accettò di lottare nel main event dell'evento UFC 173 in quanto la sfida per il titolo dei pesi medi tra Chris Weidman e Lyoto Machida venne posticipata: l'avversario doveva essere il connazionale Raphael Assunção, ma quest'ultimo era infortunato e allora venne scelto il numero 5 dei ranking T.J. Dillashaw: a sorpresa Barão subì un clamoroso upset venendo dominato per tutto l'incontro dallo sfavorito rivale e finendo KO durante l'ultima ripresa; finì così la sua striscia di imbattibilità che durava da 33 incontri consecutivi, al tempo la terza più lunga di sempre.
In agosto avrebbe dovuto affrontare nuovamente T.J. Dillashaw in un rematch valido per la cintura, ma Barão ebbe problemi con il taglio del peso e dovette dare forfeit venendo sostituito da Joe Soto. Tornò a lottare in dicembre sconfiggendo il contendente numero 14 Mitch Gagnon per sottomissione alla terza ripresa in un evento tenutosi in Brasile, il primo che vide Barão lottare nel suo paese natale; la vittoria gli valse il premio Performance of the Night.
In aprile doveva affrontare in un rematch valido per il titolo dei pesi gallo UFC il campione in carica TJ Dillashaw. Tuttavia, il 24 marzo, Dillashaw dovette rinunciare all'incontro a causa della rottura di una costola in allenamento e l'incontro fu posticipato a luglio dello stesso anno. Barão venne sconfitto ancora una volta per KO tecnico all'inizio della quarta ripresa.
Ritorno ai pesi piuma Barao affrontò Jeremy Stephens il 29 maggio del 2016, in un incontro valido per la categoria dei pesi piuma. Dopo un match molto combattuto durato ben 3 round, Barao venne sconfitto per decisione unanime. Entrambi i lottatori vennero premiato con il riconoscimento Fight of the Night.
A settembre affrontò e sconfisse Phillipe Nover per decisione unanime all'evento UFC Fight Night: Cyborg vs. Lansberg.
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