Rođen u Luandi, glavnom gradu nekadašnje portugalske kolonije Angole, Carvalho je prvi puta bio u Lisabonu kao dječak. Djed Praia i stric Alfonso igrali su za lokalni klub, a otac mu je bio navijač Sportinga, što je bio presudni čimbenik u njegovom odabiru kluba. Već 2004., godine kad je Portugal bio domaćin Europskom prvenstva, zaigrao je za svoj prvi klub Recreios Desportivos de Algueirão. Odatle je prešao u União Sport Clube de Mira Sintra, gdje je, iako najmlađi, odmah imenovan za kapetana. Njegov tadašnji trener Bruno Rodrigues prisjeća se kako je bio vođa u svlačionici, dok je izvan nje mirio dečke iz suparničkih kvartova.

Tada je Carvalho bio klasična 'desetka', obožavao je Thierrya Henrya i navijao za Arsenal. Danas igra nešto povučenije, te izgleda kao spoj Yaye Tourea i Patricka Vieire. Zbog snažne građe (1.87 m visok, 86 kg težak), te nevjerojatne vještine u kontroli lopte, brzo su ga spazili i veći klubovi. No kad je trener mlađeg uzrasta Benfice došao u njegov obiteljski dom ponuditi mu da zaigra za najuspješniji portugalski klub, mladić ga je odbio.

Carvalho je prešao u Sporting, klub koji je otkrio i Cristiana Ronalda, na nagovor Aurelia Pereire, legendarnog trenera mlađih kategorija, koji je dječaka upitao: 'Koji ti je omiljeni igrač Sportinga'. Carvalho je odgovorio: 'Nani'. Za sat vremena, Nani ga je nazvao na telefon i rekao mu da potpiše za Sporting, što je 14-godišnjak i učinio – za 12 i pol tisuća eura.

2007. debitirao je za portugalsku reprezentaciju igrača mlađih od 16 godina. Kao 18-godišnjak, zaigrao je i za prvu momčad Sportinga. No, sljedeće sezone klub ga je posudio u drugoligaša Fatimu, gdje se nije osobito proslavio. Pravi proboj doživio je nakon posudbe u Cercle Brugge, gdje se pronašao na poziciji defanzivnog veznog igrača.

Po povratku u Sporting, sjetili su ga se i u Angoli, no on je odbio poziv da zaigra za reprezentaciju rodne zemlje, što čini većina igrača iz bivših portugalskih kolonija. U Sportingu se, pak, dolaskom trenera Leonarda Jardima, probio u prvu momčad, i danas sa tek 22 godine predstavlja jedan od stupova igre lisabonskog kluba, dominirajući sigurnošću, inteligentnim kretanjem bez lopte i rijetkim gubljenjem iste.

No poziv Paula Benta čekao je sve do studenog 2013. kad je Portugal igrao odlučujuću utakmicu za plasman na SP protiv Švedske. Bento se rijetko predomišlja, a na poziciji defenzivnog veznog zacementiran je Miguel Veloso. Ipak, Carvalho izborniku može dobro doći u težim utakmicama, kad odustaje od svog uobičajenog sustava 4-3-3 i prelazi na konzervativniju formaciju 4-4-2. U takvoj varijanti, u vezi bi igrali Carvalho i Veloso, te Meireles i Moutinho. Možda takvu formaciju vidimo već u uvodnoj utakmici protiv Njemačke.