Carlos speelde in de jeugdopleiding van Corinthians. Hier mocht hij in 2018 aansluiten bij het eerste elftal. Zijn debuut volgde op 5 augustus in dat jaar, toen hij in de eigen Neo Química Arena tegen Athlético Paranaense in de basisopstelling mocht beginnen van coach Osmar Loss. De wedstrijd eindigde in 0–0 en Carlos speelde het gehele duel mee.[1] Zijn eerste doelpunt maakte hij op 1 mei 2019, toen hij thuis tegen Chapecoense voor de enige treffer zorgde.[2] In september 2020 verkaste Carlos voor een bedrag van circa 4,2 miljoen euro naar Monza, waar hij zijn handtekening zette onder een verbintenis voor de duur van vier seizoenen.[3] Carlos was twee jaar basisspeler in de Serie B, tot de club in het seizoen 2021/22 promotie behaalde naar de Serie A. Na een seizoen op het hoogste niveau, waarin hij tot zes goals kwam, werd Carlos gehuurd door Internazionale, met een verplichte optie tot koop.[4] Aan het einde van het seizoen, waarin Carlos met Internazionale het Italiaanse landskampioenschap pakte, tekende hij een contract voor vier jaar.