9 мая 2007 года в матче против сборной Панамы Карлос дебютировал за сборную Колумбии. В том же году он попал в расширенный список футболистов на Кубок Америки 2007, но в финальную заявку Санчес включен не был. Он привлекался в национальную команду на матчи отборочного этапа чемпионата мира 2010.