Винисиус — воспитанник клубов «Гояс», «Сантос», «Деспортиво Бразил» и «Палмейрас». В 2016 году он подписал контракт с клубом «Калденсе». Винисиус не сумел выиграть конкуренцию, он присоединился к «Гремио Анаполис», а затем был отдан в аренду в португальский «Реал» из Келуша. 6 августа в матче против «Лейшойнш» он дебютировал в Сегунда Лиге. В этом же поединке Карлос сделал хет-трик,забив свои первые голы за «Реал». По итогам сезона он забил 19 мячей, став лучшим бомбардиром Второго дивизиона Португалии. 31 августа 2021 года был отдан в аренду на два года в клуб ПСВ.