Carlos Villalba firmó su primer contrato con Talleres en 2019.
Con el club cordobés salió campeón de séptima división y luego logró el bicampeonato de Reserva en la temporada 2017 y 2018, siendo además capitán del equipo.
[1] Para la temporada 2020, Villalba fue cedido a préstamo a Rentistas, debutó en la liga el 16 de febrero de 2020, jugando la totalidad del partido en la victoria por 2-0 en casa ante Nacional.
[2] Finalizada la temporada y sin lugar de vuelta en Atenas ni Talleres, fue ofrecido a Atenas y Tlaxcala, pero él rechazó las ofertas.
[3] En 2023 fue cedido a préstamo por un año al Club Sport Emelec de la Serie A de Ecuador.