[4] En 2003 pasó a la filial cancunense del Club Deportivo Guadalajara, llegando más tarde a la entidad tapatía; sin embargo luego dejaría al club sin haber debutado en el equipo superior.
Carlos Vela se proclamó como el máximo goleador del torneo, marcando 5 goles.
El 30 de agosto del 2008 Carlos Vela debuta oficialmente en club Arsenal FC hizo su presentación al entrar de cambio al minuto 63 por su compañero Robin van Persie.
Vela contribuyó con una asistencia con el marcador final 6-0, duelo en que logró concretar una de las mejores anotaciones en la historia del Arsenal Football Club.
Su debut en liga llegaría hasta noviembre en la derrota contra Sunderland, en la que otra vez entraría de cambio.
Se mantendría regular entrando de cambio hasta enero, donde obtuvo unos problemas en la rodilla y se perdería otra vez varios juegos importantes donde seria suplente en lo que resta en la temporada jugando en vez de cuando como cambio y en la que finalmente, fuera de toda competición europea y copera, el Arsenal terminaría en la temporada 2009-10 como tercer lugar.
El segundo gol de Vela llegaría al minuto 86, cuando Jack Wilshere manda un pase profundo al espacio, Cesc Fàbregas lo baja magistralmente de pecho y con la marca de dos hombres, le deja el balón a Carlos Vela que acompaña solo por el lado izquierdo del área.
A pesar de la salida del arquero del equipo portugués, Carlos Vela define con tranquilidad pasmosa a primer poste, anotando así el sexto y último gol de la noche (Arsenal 6-0 SC Braga).
El 27 de noviembre del 2011, Carlos Vela anota su primer gol con la Real al minuto 76' con pase de Agirretxe frente al Real Betis, 2-3 fue el resultado final.
[21] En la jornada 11, Vela consiguió un gol para encaminar al Real Sociedad a un triunfo como visitante por 1-2 sobre el Málaga CF.
La victoria final por 4-0 hizo que Anoeta despidiera puesto en pie a los realistas.
[25] Marcó su octavo gol en la jornada 19 ante el Deportivo, pero por primera vez en esta temporada, su tanto no se tradujo en un triunfo del equipo donostiarra.
[37] Para despedir un año magnífico, tanto a nivel individual como a nivel colectivo, Vela en su partido número cien con la Real, marcó un doblete en la victoria por 1-3 ante el Granada CF en el Estadio Nuevo Los Cármenes.
Una semana después le da una asistencia a Griezmann en la importante victoria por 3-1 al FC Barcelona en Anoeta.
Marcaría de nuevo ante el Granada CF en la jornada 36 en un partido que finalizó en tablas (1:1).
El 31 de agosto marcó su primer gol de la temporada en la increíble remontada ante el Real Madrid en Anoeta (4:2) tras entrar como sustituto en la segunda parte del partido.
[40] Ese mismo mes es nominado al Mejor delantero de la Liga BBVA junto a Cristiano Ronaldo y Diego Costa, siendo ganador el jugador portugués.
Pese a la lesión que le tuvo 2 meses fuera, acabó un año más como máximo goleador del equipo con 9 dianas.
Comienza la temporada como titular indiscutible, aunque sin ofrecer ni mucho menos su mejor versión, y con constantes rumores sobre su posible marcha a la MLS de Estados Unidos para el mercado de invierno.
[43] Esta derrota acabaría con la destitución del técnico escocés David Moyes y la llegada de Eusebio Sacristán.
Con Eusebio, el equipo reconduce la situación y Vela mejora notablemente su rendimiento.
Además demuestra su compromiso absoluto con el club y niega rotundamente su posible salida.
Después de dos meses sin ver puerta, el mexicano le anota un gol en la victoria por 2-1 al Granada C.F.
En 2020 iniciaría con buenos números, anotando 4 goles en 4 partidos entre liga y Concacaf Champions League, sin embargo la pandemia del Covid-19 haría parara el futbol a nivel mundial incluyendo en Estados Unidos.
Esta misma temporada seria la primera desde la creación de la franquicia donde no llegaría a los play-offs.
Sin embargo en la temporada 2022 su suerte finalmente cambiaria, volvería a ganar la Supporters Shield y aun siendo el capitán del equipo, llegaría hasta la final de la MLS por primera vez tras pasar 3-2 contra el LA Galaxy, su clásico rival, en la final de conferencia ganarían contra Austin, 3-0, siendo la primera vez campeones de confederación oeste y finalmente llegarían contra el Philaldelphia Union en donde llegarian hasta los tiempos extra, mismos que no jugaria al salir de cambio al minuto 97, pero que daría una asistencia antes de salir del campo (Al igual que el resto de los play-off, participando con 1 asistencia en cada partido).
[57] Esta temporada volvería ser altos y bajos, pues al ser los campeones de la MLS, tuvieron derecho a jugar la renombrada Concacaf Champions Cup, volviendo a llegar a la gran final contra Club León, siendo el segundo equipo estadounidense, después del LA Galaxy, en jugar 2 finales de la competición internacional, y el único en este siglo.
En junio de 2016, Vela fue convocado a la Copa América Centenario celebrada en Estados Unidos, pero rechazó participar por motivos personales.
Si bien puede desempeñarse prácticamente en cualquier parte de la delantera, es utilizado con más frecuencia como extremo por la banda y mediapunta.
[83] Apareció en la versión de Norteamérica del FIFA 11 con la cual compartió portada con Kaká y Landon Donovan.