La temporada 2019-20 es la tercera de Carlos Bacca en el Villarreal. Aunque inicia la Liga desde el banquillo, juega como titular en la cuarta jornada acompañando en la delantera al goleador del equipo Gerard Moreno. El 18 de diciembre marca sus primeros tres goles de la temporada en la goleada 5 por 0 como visitantes ante Comillas CF por la Copa del Rey siendo su segundo "hat-trick" con el club amarillo. El 25 de enero de 2020 marca su primer gol en Liga de la temporada abriendo el marcador para el 2-1 final como visitantes ante el Deportivo Alavés. El 16 de junio le da la victoria a su club por la mínima en la victoria contra el RCD Mallorca.