I januar 2018 inngikk Carlos Vinícius en avtale med den italienske klubben for rundt €4 millioner, som trådte i kraft 1. juli. Den 30. januar 2019 gikk Carlos Vinícius til på et seks måneders lån. miniatyr|Carlos Vinícius med Benfica i 2019 Den 20. juli 2019 signerte Carlos Vinícius for med en overgangssum på €17 millioner og en femårskontrakt med en utkjøpsklausul på €100 millioner.