Carrillo begon zijn carrière in de academie 'Esther Grande de Bentini' in 2004. Daar bleef hij drie jaar spelen voordat hij vertrok naar Alianza Lima. Twee jaar na zijn komst kwam Carrillo in het eerste elftal terecht. Carrillo maakte op 5 december 2009 zijn debuut, als invaller, tegen Club Deportivo Universidad César Vallejo. Dit was de laatste speeldag van dat seizoen. In 2010 speelde Carrillo elf wedstrijden, waarvan tien als invaller. Hij wist geen doelpunt te maken. Op 13 februari 2011 maakte hij zijn eerste doelpunt voor Alianza Lima, waarna snel twee andere volgden.
Sporting Lissabon
In mei 2011 werd Carrillo gecontracteerd door Sporting Lissabon. De club betaalde circa anderhalf miljoen euro voor de speler. Op 19 september maakte hij zijn debuut in de Primeira Liga, uit tegen Rio Ave. In het seizoen 2011/12 speelde hij 46 wedstrijden, waaronder dertien in de UEFA Europa League. Ook in de daaropvolgende seizoenen speelde Carrillo in de meeste competitieduel en kreeg hij speeltijd in de nationale en Europese bekertoernooien. In het seizoen 2014/15 speelde hij voor het eerst in de Champions League: in de groepsfase speelde hij alle zes wedstrijden mee (vier basisplaatsen). Lissabon overleefde de groepsfase niet en stroomde door naar de tweede ronde van de UEFA Europa League, waar Carrillo beide wedstrijden tegen VfL Wolfsburg (0–2 verlies) speelde. Op 31 mei 2015 won Carrillo met zijn club de Taça de Portugal door SC Braga na strafschoppen te verslaan. Na een klein uur werd hij vervangen door Carlos Mané. Het was Carrillo's eerste prijs in het betaald voetbal.
