2019 Fantastycznie odnajduje się w nowym zespole, który w dodatku zbudował najszybszy bolid w środku stawki. Wykorzystuje w pełni jego potencjał, choć kilkakrotnie jego starania są niweczone przez awarie, głównie układu napędowego. W Brazylii po karze dla Hamiltona zostaje sklasyfikowany na trzecim miejscu i zdobywa pierwsze podium w karierze. W klasyfikacji jest szósty zgarniając 96 punktów. Ponadto zdecydowanie wygrywa wewnętrzny pojedynek w McLarenie z Norrisem, a w lipcu jest pewny posady na sezon 2020.
2018 Weryfikacja na tle Nico Hulkenberga w Renault okazuje się być negatywna. Przegrywa z Niemcem zespołowy pojedynek zarówno w kwalifikacjach jak i wyścigach. Jego najlepszą pozycją na mecie jest piąta w Azerbejdżanie, a w końcowej klasyfikacji rzutem na taśmę plasuje się na dziesiątym miejscu z 53 punktami. Spełnia się jego wymarzony scenariusz o odejściu Daniela Ricciardo z Red Bulla, lecz austriacki producent ostatecznie sięga po Gasly'ego, a Sainz zostaje zwolniony z kontraktu. Dysponując wolną ręką wiąże się z McLarenem wieloletnim porozumieniem, ważnym już od sezonu 2019.
2017 Zalicza fantastyczny sezon w barwach Toro Rosso, podczas którego absolutnie zdominował swojego zespołowego partnera. Dziewięciokrotnie dojeżdża w punktach, zdobywając ich łącznie 48. Swój najlepszy występ zalicza w Singapurze, gdzie przekracza linię mety na czwartej pozycji. Dzięki świetnej postawie wzbudza zainteresowanie innych ekip, lecz Toro Rosso decyduje się pozostawić go na czwarty sezon, przez co dochodzi między nim a szefostwem do konfliktu. Stajnia z Faenzy rozwiązuje jednak umowę na dostawy jednostek Renault i w ramach odszkodowania Carlos zostaje wypożyczony do ekipy francuskiego producenta do końca 2018 roku. Zasiada za kierownicą bolidu Renault już w Austin, gdzie w debiucie wchodzi do Q3, a w wyścigu melduje się na mecie siódmy. Ostatecznie kończy mistrzostwa na dziewiątej pozycji z dorobkiem 54 punktów.
2016 W tym roku problemy z zawodnością bolidu przechodzą w niepamięć dzięki umowie z Ferrari na dostawy jednostek napędowych. W ten sposób dziesięciokrotnie finiszuje na punktowanych pozycjach, a jego najlepszym wynikiem jest szóste miejsce w Hiszpanii, Stanach i Brazylii. Ponadto w kwalifikacjach oraz wyścigach absolutnie zdominował swojego nowego zespołowego partnera - Daniiła Kwiata. Zostaje sklasyfikowany na dwunastym miejscu z dorobkiem 48 punktów, a jego jazda wzbudza zainteresowanie fabrycznej ekipy Renault. Mimo to Red Bull uruchamia klauzulę w kontrakcie i zostawia go w Toro Rosso na sezon 2017.
2015 Zalicza upragniony debiut w Formule 1, jednakże jego pierwszy sezon zdecydowanie nie przebiega tak, jakby sobie tego życzył. Nie dojeżdża do mety aż w siedmiu wyścigach, z czego sześciu nie kończy przez usterki jednostki napędowej Renault. Z tego powodu zdobywa tylko 18 punktów, sromotnie przegrywając zespołowy pojedynek z Maksem Verstappenem. Ma bardzo groźny wypadek w trzecim treningu do Grand Prix Rosji, który wyklucza jego udział w kwalifikacjach, jednakże po spędzeniu nocy w szpitalu zostaje z niego wypisany i bierze udział w niedzielnej rywalizacji.
2014 Dołącza do stawki Formuły Renault 3.5 i nie daje swoim rywalom żadnych szans. Wygrywa serię z dorobkiem siedmiu zwycięstw - najwięcej w historii - oraz zdobywa dokładnie taką samą liczbę pole position. Pod koniec roku po raz kolejny testuje bolid Formuły 1 Red Bulla, natomiast kilka dni później zostaje potwierdzony jako zawodnik Toro Rosso w sezonie 2015.
2013 Przechodzi do mistrzostw GP3 i jego zespołowym partnerem jest drugi z juniorów Red Bulla - Daniił Kwiat. Rosjanin nie pozostawia rywalom szans i zostaje mistrzem, natomiast Sainz wyraźnie zawodzi i jest dopiero dziesiąty bez żadnej wygranej. Startuje w czterech rundach FR3.5 z ekipą Zeta Corse i zdobywa łącznie 22 punkty. Ponadto otrzymuje szansę poprowadzenia bolidów Red Bulla i Toro Rosso, uzyskując jednocześnie superlicencję.
2012 Robi kolejny krok do przodu i przesiada się do bolidu Formuły 3. W brytyjskiej edycji F3 zostaje sklasyfikowany na szóstej lokacie z dorobkiem pięciu tryumfów, natomiast w F3 Euroseries jest dopiero dziewiąty, choć na pocieszenie pozostają mu dwa miejsca na podium oraz dokładnie taka sama liczba pole position. Po raz kolejny przystępuje do GP Makau i tym razem dojeżdża na siódmym miejscu.
2011 Startuje równocześnie w dwóch różnych seriach. W europejskiej Formule Renault 2.0 zajmuje drugie miejsce w klasyfikacji, natomiast północnoeuropejskiej edycji tych mistrzostw z dorobkiem aż dziesięciu zwycięstw oraz ośmiu pole position zostaje mistrzem. Pod koniec roku bierze udział w Grand Prix Makau, aczkolwiek pojawia się na mecie dopiero na siedemnastej pozycji.
2010 Przesiada się za kierownicę bolidu. Skupia się na startach w europejskiej Formule BMW, gdzie zdobywa dwa pole position, wygrywa jeden wyścig, a na podium stoi ogółem pięć razy. Zmagania kończy na czwartej lokacie, a w trakcie roku startuje również pojedynczo w Formule Renault 2.0 czy F3 Open.
2005-2009 W 2005 roku rozpoczyna starty w kartingu. W tym czasie zdobywa wicemistrzostwo Europy w kategorii KF3 czy wygrywa prestiżowy wyścig Monte Carlo Kart Cup. Ponadto w połowie sezonu 2009 zostaje włączony w szeregi juniorskiego programu Red Bulla.
