Карлос Моя започва да тренира тенис когато е на шест години. Професионалист е от 1995 г.
1995 – 2001
В годината в която става професионалист, Моя печели два Чалънджър турнира и турнир от висока категория в Буенос Айрес.
През 1996 г. печели турнира в хърватския град Умаг.
През 1997 г. Моя играе на финал на Откритото първенство на Австралия, което е и най-доброто му постижение на този турнир. По пътя си до финала отстранява тенисисти от ранга на Борис Бекер, Патрик Макенроу, Йонас Бьоркман, Феликс Мантиля и Майкъл Ченг, но в последната среща губи от Пийт Сампрас в три сета. Същата година печели турнира в Лонг Айлънд и играе на още пет финала.
1998 е годината, в която Моя печели единствената си титла от Големия шлем. На финала на Ролан Гарос надделява над Алекс Кореча. През тази година печели и първия си турнир от сериите Мастърс - в Монте Карло. Стига до полуфинал на Откритото първенство на САЩ - най-доброто му постижение. През декември играе финал на Световния шампионат, известен сега като Мастърс Къп, но там Кореча успява да се реваншира за загубата си във Франция.
През март 1999 г. Моя се изкачва на първото място в ранглистата на ATP. Остава там в продължение на две седмици. Във втория кръг на Откритото първенство на САЩ получава контузия на гърба и до края на годината участва само на още два турнира.
В началото на 2000 г. Карлос все още е измъчван от контузията и не постига особени успехи освен титлата от Ещорил. През 2001 г. също печели само една титла – в Умаг.
2002 – 2007
През 2002 г. Моя играе на шест финала като печели четири от тях, един от които е на Мастърса в Синсинати.
Освен трите титли на клей, които Моя печели през 2003 г., той е с основен принос за участието на Испания на финала за Купа Дейвис, загубен от отбора на Австралия. Баланса на Моя на сингъл е шест победи и нула загуби.
2004 г. се оказва още по-успешна за испанския отбор, който този път побеждава на финала състава на САЩ. Моя печели двата си мача срещу Анди Родик и Марди Фиш. По-рано през годината испанецът печели третата си Мастърс титла - в Рим и стига до четвъртфинал на Олимпийските игри в Атина.
В началото на януари 2005 г. Моя защитава титлата си в Ченай и дарява парите, спечелени от наградния фонд, на пострадалите от земетресението в Индийския океан.
Последната спечелена титла е от Буенос Айрес през февруари 2006 г.
Карлос Моя обича видеоигрите и когато е на турнир взима в багажа си своята Сони Плейстейшън. Харесва музиката на U2, Бон Джоуви и Куийн. Фен е на футболния отбор Майорка.