Fue nominada para el Independent Spirit Award for Best Female Lead (mejor actuación femenina) por su desempeño en Salvador, y también destacó por su papel de Tecuichpo en la película independiente La otra conquista.
Con apenas 12 años de edad, el director Rafael Corkidi le ofrece un papel a Elpidia como La Malinche en la película surrealista mexicana Pafnucio Santo.
La película concurrió a la candidatura oficial por México para el Óscar de ese año, pero sus muchos elementos esotéricos hicieron que no consiguiera obtener la nominación.
A los 16 años, tuvo su primer papel protagónico por su característica mexicana en la controvertida Nuevo mundo, dirigida por Gabriel Retes.
Para su tercera experiencia cinematográfica en los Estados Unidos tuvo un pequeño papel secundario en la aclamada película Under Fire, por la que Gene Hackman fue nominado al Globo de Oro.
Posteriormente debutó en la televisión estadounidense como Coana en la miniserie Christopher Columbus, un papel que le valió ser nominada al Primetime Emmy.
Su primera gran ocasión llegó cuando Oliver Stone le adjudicó el protagónico femenino principal de María, en Salvador (1986), que le valió ser nominada al Independent Spirit para mejor actriz junto a su coprotagonista James Woods, quien fue nominado al mismo premio pero en la versión masculina: Carrillo acabaría haciéndose con el galardón.
Ha regresado a México para cine independiente con papeles que han logrado el reconocimiento internacional ganando premios como el Guldbagge Award por "La Hija del Puma", "Una Cita con el Destino", y "City of the Blind"en donde ganó el Ariel (Equivalente al Oscar pero en México) y la película producida por Guillermo Del Toro Un embrujo, ganadora de 9 Arieles.
Cuatro años después ganaría en solitario el premio en 2006 por el papel de Sandra realizado en la película Nine Lives, escrita y dirigida por Rodrigo García Barcha.
Rodrigo García le dio otro papel como coprotagonista del drama Mother and Child, donde compartió la pantalla con Elizabeth Peña pero no el pódium así como con Annette Bening con la cual realiza la mayoría de sus escenas.