De vleugelverdediger komt over van Bayer Leverkusen, aan wie hij door Real Madrid was verkocht. De Spanjaarden hadden echter een 'terugkoop-optie' in de transfer laten opnemen en maakten hier zodoende gebruik van. 6.5 miljoen euro ontvingen de Duitsers voor de rechtsachter.
De 21-jarige Carvajal speelde negen jaar in de jeugdopleiding van Real Madrid. Het voorbije seizoen maakte hij indruk in Duitsland, waarop hij werd terug gehaald door Real.