巴西体育以及外租生涯
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2012–13赛季，迭戈·卡洛斯在巴西体育开始了自己的职业生涯。
2013年1月1日，巴西体育将迭戈·卡洛斯外租至巴甲豪门圣保罗。
在2013–14赛季的后半部分，由于没能获得出场机会，迭戈·卡洛斯被巴西体育再次外租，加盟了保利斯塔。
后来，迭戈·卡洛斯租借加盟马杜雷拉（英语：Madureira Esporte Clube），租期一个月。
加盟埃斯托里尔以及被外租至波尔图预备队
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2014年7月2日，迭戈·卡洛斯被巴西体育出售至葡甲球队埃斯托里尔。
2014年9月，迭戈·卡洛斯被俱乐部外租至葡超豪门波尔图，但只获得为其预备队出场的机会。
南特
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2016年6月，法甲劲旅南特宣布，迭戈·卡洛斯加盟球队，将会签下一份为期5年的合同。南特为他向埃斯托里尔支付的转会费预计达到了200万欧元左右。[3]
2018年1月14日，在南特与巴黎圣日耳曼的法甲比赛中，当值主裁夏普隆（英语：Tony Chapron）在跑动中滑倒后用脚绊到了迭戈·卡洛斯，并以口头攻击的理由向他出示第二张黄牌，将他罚下。[4]赛后，夏普隆被法国足协禁赛。他承认了自己的错误，并请求取消迭戈·卡洛斯的第二张黄牌。最终，法国职业联盟选择撤销第二张黄牌以及红牌的判罚。[5]
塞维利亚
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2019年5月31日，西甲豪门塞维利亚宣布与南特达成协议，巴西中后卫迭戈·卡洛斯将转会加盟。[6]
在2019–20赛季欧联杯中，迭戈·卡洛斯随队夺得了冠军。在塞维利亚晋级决赛的路上，他连续在1/4决赛以及半决赛中送出点球。在8强赛中，狼队前锋希门尼斯将点球罚丢；但在半决赛中，曼联的B费却将其罚进，险些使球队被淘汰。2020年8月21日，在塞维利亚与国际米兰的决赛中，迭戈·卡洛斯在第4分钟再次送出点球，国米中锋卢卡库也将球罚进。[7]在比赛的第74分钟，塞维利亚获得前场右路的任意球机会，巴内加将球传向禁区，迭戈·卡洛斯接球后倒钩射门，皮球击中了卢卡库后折射入网，帮助塞维利亚打进了制胜进球，以3-2的比分击败对手。迭戈·卡洛斯也完成了自我救赎。[8]
阿斯頓維拉
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2022年5月26日，英超球隊阿斯頓維拉宣布與塞維利亞達成協議，迭戈·卡洛斯將加盟阿斯頓維拉。[9]
俱樂部未透露費用，但據報導為 2600 萬英鎊。[10]
2022年8月13日，卡洛斯在维拉2-1战胜埃弗顿的比赛中首发出场。在同一场比赛中，他的跟腱断裂，需要接受手术治疗[11]。