Brezilya'nın Bom Jesus das Selvas kentinde doğan Carlos Vinícius, futbol kariyerine Goiás'ın gençlik takımlarında stoper olarak başladı. Ardından Santos'a transfer olan genç yetenek, Desportivo Brasil'e kiralık olarak gönderildi. Ancak yeteneğini göstermek için sabırsızlanan Vinícius, 2014'te serbest bırakıldıktan sonra Palmeiras altyapısına katıldı. Burada santrafor pozisyonunda oynamaya başlayan oyuncu, Marcos Valadares'in desteğiyle hızla gelişti ve kulüpte önemli bir rol üstlendi.
Profesyonel kariyerine 2016 yılında Caldense'de başlayan Carlos Vinícius, burada çoğunlukla defansif orta saha oyuncusu olarak kullanıldı. Ancak yeteneği ve hırsıyla dikkat çeken oyuncu, 2017'de Grêmio Anápolis'e transfer oldu.
Vinícius'un kariyerindeki dönüm noktası ise Napoli'ye transfer olduğu 2018 yılı oldu. Napoli'de gösterdiği performansla dikkatleri üzerine çeken Brezilyalı futbolcu, burada kısa sürede önemli bir yer edindi. Ardından Rio Ave, Monaco ve Benfica gibi önemli kulüplerde forma giyen Vinícius, özellikle Benfica'da 2019-2020 sezonunda 18 golle Primeira Liga'da Bola de Prata ödülüne layık görüldü.
Son olarak Fulham'da forma giyen Vinícius, şimdi ise Galatasaray forması altında Süper Lig'de boy gösterecek. 2024 yılı için kiralık olarak Galatasaray'a katılan Brezilyalı oyuncunun, takıma büyük katkılar sağlaması bekleniyor.