Ricardo Carvalho begann seine Karriere bei Amarante Futebol Clube, wo er von 1990 bis 1996 spielte. Danach wechselte er in das Junioren-Team des FC Porto. Seine erste Profisaison spielte Carvalho in der Saison 1997/1998, als er zum FC Leça ausgeliehen wurde. Nach weiteren Stationen bei Vitória Setúbal und FC Alverca kehrte er schließlich in der Saison 2001/02 zu seinem Stammverein, dem FC Porto zurück, wo er sich fortan als Nachfolger des zu Charlton Athletic abgewanderten Jorge Costa etablieren und mit seiner Mannschaft alle nationalen Titel sowie den UEFA-Pokal und die Champions League gewinnen konnte.
Nachdem er bei der Fußball-Europameisterschaft 2004 im eigenen Land Vize-Europameister wurde, folgte er seinem Trainer José Mourinho und wechselte für eine Ablösesumme von 30 Mio. Euro zum FC Chelsea und gewann dort bereits in der ersten Saison zwei Titel. Zudem nahm er an der WM 2006 teil und wurde von der FIFA ins 23-köpfige All-Star-Team berufen.