У дорослому футболі дебютував 2001 року виступами за команду клубу «ЛДУ Кіто». За три сезони в 47 матчах чемпіонату Еквадору Теноріо забив 21 гол і допоміг ЛДУ виграти чемпіонат країни в 2003 році, проте цей титул команда завоювала вже без свого нападника, який відправився виступати в чемпіонат Саудівської Аравії. В «Аль-Насрі» (Ер-Ріяд) за половину сезону в 16 матчах він забив 15 голів, ставши найкращим бомбардиром турніру.
З 2004 по 2009 рік Теноріо виступав за катарську команду «Аль-Садд», де став справжнім лідером і улюбленцем уболівальників. Тут він тричі (2004, 2006, 2007) вигравав чемпіонат Катару, завойовував Кубок шейха Яссіма у 2006 році, двічі (2005, 2007) — Кубок Еміра Катару і тричі (2006, 2007, 2008) Кубок Наслідного принца Катару. У 2006 році Теноріо став найкращим бомбардиром чемпіонату Катару з 21 забитим голом.
Протягом 2009—2011 років захищав кольори «Аль-Насра» (Дубай). В кінці 2011 року було оголошено про повернення Теноріо в рідній «ЛДУ Кіто», проте вже через кілька тижнів, у січні 2012 року, Карлос підписав контракт з бразильським «Васко да Гама», у складі якого провів наступні два роки своєї кар'єри гравця.
Найвдалішим для Карлоса став наступний чемпіонат світу 2006 року у Німеччині, на якому Теноріо забив у двох матчах групового етапу проти Польщі (2:0) та Коста-Рики (3:0), чим допоміг своїй збірній вперше в історії вийти в плей-оф турніру.
