Futbolculuk kariyeri
Carvalhal, futbola doğduğu şehrin takımı olan SC Braga'da başlamıştır. 1978'de altyapısına adım attığı takımın çeşitli seviyelerinde forma giydikten sonra 1983/84 sezonunda ilk kez A takım ile antrenmanlara katılmaya başladı. Teknik direktör Quinito tarafından 3 maçta yedekten oyuna dahil edildi. Braga, sezon sonunda lig dördüncüsü olarak tarihinin en başarılı sezonunu geçirmişti. 1984/85 sezonuna ise Tottenham Hotspur ile oynanan UEFA Kupası ilk tur ikinci maçı ile başlamıştı. 90 dakika forma şansı bulan futbolcu, 6-0'lık mağlubiyete karşı koyamadı. Sezon içinde 2'si ilk 11'de olmak üzere 4 lig maçına çıktı.
1985-86 sezonunda GD Chaves takımına transfer oldu. Burada takımın en önemli isimlerinden oldu. 30 lig maçının 28'inde hepsi 90 dakika olmak üzere forma şansı buldu. Carvalhal, Chaves'de parladıktan sonra Braga'ya yeniden döndü. 2 sezon boyunca defansın en önemli ismi haline geldi. 14 Aralık 1986'da Braga kariyerinin ilk ve tek golünü O Elvas CAD takımına kaydetti. 1987-88 sezonunda 34 maçta forma giyerek en aktif sezonunu geçirdi.
1988-89 sezonu öncesi Portekiz devlerinden FC Porto'ya transfer olan Carvalhal, Porto'da bir sezon kaldı. Ancak teknik direktör Alfredo Murça'nın gözüne giremedi. Yalnızca iki maç ilk 18'e girebilen Carvalhal, sadece bir maçta o da 2 dakika olmak üzere forma şansı buldu. 1989-90 sezonunda ise Beira-Mar takımına transfer olmuştur. Burada yeniden düzenli olarak ilk 11'e gerdi.
Beira-Mar'dan sonra bir kez daha Braga'ya geri dönmüştür. Portekizli futbolcu, 3. Braga dönemine yedek başladı. 4. hafta ilk kez ilk 11'de Braga forması giyen futbolcu kırmızı kart gördü. Sezonun ikinci yarısında yerini yeniden kazanan Carvalhal, ikinci sezonunda çok tercih edilen futbolculardan biri olmadı. 1992-93 sezonunda FC Tirsense forması giydi. Ancak burada da etkili olamayıp 14 maç forma giydi. Sezon sonunda Portekiz 1. Ligi'nden düştüler.
1993'te Carvalhal eski takımlarından Chaves'e geri döndü ve ilk kez Portekiz 2. Ligi'nde forma giymiş oldu. 27 maçta forma giyip, kariyerinin en golcü sezonunu geçirip 3 gol kaydetti. Bu performansıyla takımının Portekiz 2. Ligi üçüncüsü olarak, birinci lige dönmesine büyük katkıda bulundu. Sonraki sezon da Chaves ile birinci ligde 17 gol kaydetti.
1995'te kariyerinin son durağı olan Espinho takımına transfer olup 2. Lig'e geri döndü. 23 maçta gösterdiği performansla bu sefer Espinho takımını ikinci lig üçüncüsü olarak birinci lige çıkardı. 1996-97 sezonunda son kez Portekiz birinci liginde forma giydi. Ancak averaj ile 2. lige düştüler. 1997-98'de ikinci ligde 12 maçta forma giydi ve sezon sonunda 32 yaşındayken futbolculuk kariyerini Espinho'da noktalamıştır. Carvalhal, futbolculuk kariyeri boyunca 197 Portekiz 1. Ligi maçında oynamış ve 1 gol atmıştır.
Teknik direktörlük kariyeri
Carvalhal, teknik direktörlük kariyerine futbolu bıraktığı takım olan Espinho'da başlamıştır. Ancak ikinci yılında sezon ortasında takımdan kovuldu. 2000 yılında ise Freamunde'nin başına geçmiştir. Feramunde'de bir sezon kalan teknik direktör, 2000-01 sezonunda FC Vizela'nın başına geçti. İkinci ligde takımı birinci olarak devam ederken, ilk kez Portekiz birinci ligi takımlardan biri olan CD Aves'in başına geçmiştir
2001 yılında 3. Lig takımlarından Leixões'in başına geçmiştir. Carvalhal, Leixões ile ilk sezonunda Kuzey grubunun ikincisi oldu. Ancak asıl sürprizi Portekiz Kupası'nda yaptılar. Carvalhal, takımı finale taşıdı. Yarı finalde eski takımı Braga'yı elemişlerdi. Finalde Sporting Lizbon'a Mario Jardel'in golüyle 1-0 yenilip Portekiz Kupası'nda ikinci oldular. O sezon Portekiz şampiyonunun da Sporting olması nedeniyle, Leixoes UEFA Kupası'na katılma hakkı kazandı. Böylece 1968'den beri Avrupa maçı yapmayan ekibe tekrar bu şansı kazandırdı. Bir üçüncü lig takımını UEFA taşıması ile UEFA'nın websitesinde "Mucize Adam" olarak yer almasını sağladı. Sonraki sezon Carvalhal'ın da ilk Avrupa maçlarında koçluk yaptığı sezon oldu. İlk eleme turunda Makedon rakipleri FK Belasica'yı elediler. Kupanın ilk turunda ise Yunan PAOK ile karşılaştılar. Portekiz'de güçlü rakiplerini 2-1 yenme başarısını gösterdiler. Ancak Yunanistan'da 4-1 yenilerek elendiler. Portekiz'de sezona ise Portekiz Süper Kupası maçıyla başladı, ancak Sporting'e 5-1 yenilerek kupayı kazanamadılar. Portekiz üçüncü liginde ise 94 puan ile kuzey grubunun birincisi olarak ikinci lige çıkma hakkını kazandırdı.
Bu başarılı sonuçlar sonucunda 2003-04 sezonunda 2. Lig ekibi Vitória'nın başına geçmiştir. Burada geçirdiği bir yılda takımı ikinci lig ikincisi yaparak Portekiz birinci ligine çıkarma başarısı gösterdi. 2004-05 sezonunda Belenenses takımının başındaydı. 34 maçta 13 galibiyet aldığı ekip ile Portekiz'in orta sıralarında yer aldı. Sonraki sezona da bu takımla devam etme kararı aldı. Ancak sonraki sezon ilk 8 maçın sadece 3'ünü kazanınca takımla yollarını ayırdı.
2006-07 sezonuna ilk takımı Braga ile başladı. Sezona iki galibiyetle başladı. Ayrıca Chievo Verona'yı eleyerek takımı UEFA Kupası gruplarını taşıdı. Ancak daha sonra kötü sonuçlar üst üste geldi. 6 Kasım 2006'da Sporting Lizbon'a 3-0 yenildikleri maçtan sonra takımdan gönderildi. Bir gün sonra ise bir başka birinci lig ekibi Beira-Mar'ın başına geçmiştir. Burada 6 lig maçına çıkan Carvalhal galibiyetle tanışamadı. Kulüp, İspanyol bir şirketle anlaşınca şirketin istediği İspanyol teknik adam Francisco Soler'in takımın başına geçmesi için Carvalhal'ın sözleşmesi feshedildi.
2007-08 sezonunda ise yeniden Vitória'yı yönetmiştir. Takım başkanı Carlos Costa'nın geri dönüşü sonrası, daha önce beraber çalıştığı başkanının tercihi olmuştu. 23 Mayıs 2007'de görevine başladı. 2. kez Vitória'nın başına geçen Carvalhal ligde çok kötü geçen bir sezonun ardından lig altıncısı olma başarısını gösterdi. Bununla beraber takıma UEFA elemelerine katılma hakkı kazandırdı. Bunun yanında Portekiz Kupası'nda yarı finale yükseldiler. Ayrıca o sezon ilk kez düzenlenen Portekiz Lig Kupası'nı penaltılarla Sporting Lizbon'u yenerek kazandılar.
2008 yılında ilk kez Portekiz dışına çıkarak Yunanistan'ın Asteras Tripolis takımının başına geçti. Takım tarihinin ender yabancılarından olan Carvalhal burada çıktığı 15 maçta sadece 2 galibiyet 8 beraberlik alıp, takımı düşme potasına sokunca Aralık 2008'de takımdan kovuldu.
Şubat 2009'da tekrar memleketi Portekiz'e dönüp, Marítimo'nun başına geçti. Vitória Setúbal FC karşısında 5-1'lik bir galibiyetle başladığı Maritimo macerası, 5 maç üstüste aldığı 1-1'lik beraberliklerle devam etti. Ancak son 5 maçın 5'ini de kaybetti. Ligi 9. olarak bitirmesine rağmen 2008-09 sezonuna da Maritimo takımıyla başladı. Sezona Benfica beraberliği ve Leixões SC galibiyetiyle başlasa da sonraki dört maçta bir beraberlik üç mağlubiyet alınca 28 Eylül 2009'da kovulup, yerine B takımının teknik direktörü Mitchell van der Gaag getirildi.
6 Kasım 2009'da Paulo Bento'nun istifası sonrası teknik adamsız kalan Sporting Lizbon'un başına 1 yılı opsiyonlu olmak üzere 2 senelik bir sözleşmeyle geçen teknik direktör, sezon sonuna kadar burada görev yapmıştır. Sekizincilikten aldığı takımı şampiyon SL Benfica'nın 28 puan gerisinde dördüncü bitirip, UEFA Avrupa Ligi'ne katılmasını sağladı. O sene mücadele ettiği Avrupa Ligi'nde ise son iki grup maçında 1 beraberlik 1 mağlubiyet almasına rağmen yine de grup birincisi olarak bir üst tura yükseldi. Daha sonra Everton FC'yi eleyen takım, son 16'da, o sene kupayı alan Atletico Madrid'e 0-0 ve 2-2 berabere kalarak elendi. Devre arasında João Pereira ve Pedro Mendes gibi oyuncuları takıma kazandırdı. Mart 2010'da sezon sonlarına yaklaşırken Carvalhal'ın sözleşmesinin uzatılmayacağı duyuruldu.
Carvalhal, 2011-2012 sezonu öncesi Tayfur Havutçu'nun tutukluluk süresi sona erene kadar yardımcı antrenör sıfatıyla vekaleten teknik direktör olarak Beşiktaş'da görev yapmaya başlamıştır. Havutçu serbest kaldıktan sonra ise Carvalhal'in yardımcı antrenör olarak göreve devam edeceği açıklanmıştır.
"Yönetim Kurulumuz'un 02.08.2011 tarihinde yaptığı toplantı neticesinde Futbol A Takımımız'ın Teknik Direktörümüz Sayın Tayfur Havutçu ve ekibinin görevine devam etmesi oy birliği ile karar altına almıştır. Ancak hocamızın fiilen görevine devam etmesinin halen mümkün olmadığı göz önüne alınarak, Futbol A Takımımız'ın Avusturya kampı sırasında kampa katılan, hocamız ile görüşüp yardımcı hoca olarak görev tanımı belirlenmiş, hocamız tarafından teknik ekip içinde yer alması talep edilmiş, A Takımımız'ın kamp bitiminde İstanbul'a dönüşü kendisinin göreve başlama tarihi olarak saptanmış, bununla birlikte kamuoyu tarafından takip edilen ve bilinen sebeplerle gelişi bir süre ertelenmiş olan Sayın Carlos Carvalhal 'ın, Teknik Direktörümüz Sayın Tayfur Havutçu'nun yeniden görevine döneceği tarihe kadar, yardımcı antrenör sıfatıyla vekaleten teknik direktör olarak göreve başlamasına oybirliği ile karar verilmiştir.
Beşiktaş'tan ayrılması
Beşiktaş sezona Eskişehirspor yenilgisiyle başlasada ilk yarının ortasından ikinci yarının başına kadar 12 maç üst üste yenilmemişti. Bu istatistikle Carvalhal güven tazelemiş ve Tayfur Havutçu serbest bırakılmasına rağmen takımda kalmayı başarmıştır. Beşiktaş sezonun ikinci yarısına lider Galatasaray'ın 5 puan gerisinde 3.sırada girmişti, ikinci yarının ilk maçlarında da kazanmaya devam ederek liderlikte iddiasını güçlendirmeye devam etmişti ve birkaç defa maç fazlasıyla 2. sıraya yükseliyordu. 23. haftada deplasmanda Kayserispor'a yenilen Beşiktaş daha sonra önlenemez bir çöküşe girmiş ve yenilgileri artmıştır. Puan kaybetmeye devam eden Beşiktaş birkaç hafta sonra 4.sıraya gerilemiştir. Ancak o arada Beşiktaş UEFA Avrupa Ligi'nde 2.turda güçlü rakibi Braga'yı zor da olsa elemiştir. 3.turda ise Atletico Madrid'e ilk maçta 3-1,ikinci maçta ise 3-0 yenilerek UEFA Avrupa Ligi'nden elenmiştir. Çok geçmeden Beşiktaş'ın Türkiye Kupası'nda bir alt ligdeki rakibi Boluspor'a yenilerek 4. turda elenmesi ve ligin bitimine 1 hafta kala kümede kalma savaşı veren rakibi Samsunspor'a kendi evinde 1-0 yenilerek rakibini kümede kalmakta umutlandırması Carvalhal'in takımdaki başarısını iyice düşürdü ve Carvalhal 34 haftalık sezonun bitimine 1 hafta kala takımdan ayrıldı. Ancak Beşiktaş ikinci yarıdaki düşüşüne rağmen ligi 4. bitirerek Spor Toto Süper Final grubuna girebilmeyi başarmıştır.
İstanbul Başakşehir
Carvalhal, 2012-13 sezonu öncesi İstanbul Başakşehir ile anlaşmış ve 2 yıllık sözleşme imzalamıştır. Anlaşmanın ardından aldığı başarısız sonuçlar sonucunda ise 12 Kasım 2012 tarihinde İstanbul Başakşehir'deki görevinden istifa etmiştir.
Sheffield Wednesday
Carvalhal, 30 Haziran 2015'te Sheffield Wednesday'in başına geçti. Carvalhal ile başarılı bir sezon geçiren Sheffield Wednesday Premier League'e yükselmek için Hull City ile play-off maçı oynadı, ancak yenilerek terfiyi alamadı.
