Carlos Villegas es cantera del Deportivo Saprissa y fue promovido al plantel absoluto a partir de enero de 2017, bajo las órdenes del entrenador Carlos Watson.

Debutó el 31 de agosto con gol sobre Aserrí que significó el triunfo por 0-1.

[17]​ Su club se abrió paso en las series hasta alcanzar la final.

Carlos participó en los dos duelos frente a Guanacasteca, sin embargo no pudo alzarse con el título.

[21]​ Villegas fue uno de los destacados del cuadro limonense al aportar cinco anotaciones en diecinueve presentaciones.

El 25 de mayo su equipo pierde la categoría al caer derrotado en la serie por la permanencia contra Sporting.

[27]​ Villegas contabilizó once presencias, convirtió un gol y puso una asistencia.

[34]​ Con el empate 1-1 contra Honduras[35]​ y la derrota 4-0 frente a Estados Unidos,[36]​ el conjunto costarricense quedó eliminado de optar por un cupo al Mundial de Polonia 2019.