Erste Erfahrungen bei internationalen Meisterschaften sammelte Lucas Carvalho im Jahr 2010, als er bei den Jugendsüdamerikameisterschaften in Santiago de Chile im 110-Meter-Hürdenlauf in 14,26 s die Bronzemedaille gewann. Im Jahr darauf sicherte er sich bei den Juniorensüdamerikameisterschaften in Medellín in 13,92 s die Silbermedaille und 2012 schied er bei den Juniorenweltmeisterschaften in Barcelona mit 13,93 s im Halbfinale aus. Fortan konzentrierte er sich auf den 400-Meter-Lauf und startete 2016 bei den Ibero-Amerikanischen Meisterschaften in Rio de Janeiro mit der brasilianischen 4-mal-400-Meter-Staffel, wurde dort aber disqualifiziert. Bei den IAAF World Relays 2017 auf den Bahamas belegte er in 3:05,96 min den siebten Platz und anschließend gewann er bei den Südamerikameisterschaften in Luque mit der Staffel in 3:07,32 min die Silbermedaille hinter dem Team aus Kolumbien und belegte im Einzelbewerb über 400 Meter in 46,11 s den vierten Platz. Er qualifizierte sich zudem auch für die Weltmeisterschaften in London, bei denen er über 400 Meter mit 45,86 s in der ersten Runde ausschied und auch mit der Staffel reichten 3:04,02 min nicht für einen Finaleinzug.