Карлос народився на березі Тихого Океану в місті Кальяо - найбільшому порту Перу. Саме в Кальяо знаходиться і головний аеропорт країни, в той час як столиця, Ліма, розташована всього в 14 кілометрах.
До структури професійного клубу Карлос потрапив у віці 11 років - у 2000-му він приєднався до маловідомого клубу - «Академія Депортіво Кантолао». Найвідомішим вихованцем цієї команди є, без перебільшення, легенда перуанського футболу - Клаудіо Пісарро, але в іншому ж клуб - регулярний учасник місцевого другого за силою дивізіону.
У «Кантолао» Карлос пробув з 2000 по 2006 роки, поки його не помітили скаути німецького «Шальке». У 16 років, прекрасно проявивши себе у відборі на юнацький чемпіонат світу U-17, перебрався до Німеччини. Успішно виступаючи за юнацьку команду і отримавши капітанську пов'язку в U-19, в 2007 році Самбрано був заявлений за молодь «Шальке», а ще через рік - за «основу».
На повноцінному контракті з гельзенкірхенцями Карлос був з 2008 по 2012 рік, але за весь цей час награв всього 16 поєдинків. Не зумівши проявити себе в «Шальке», сезони 2010/11 і 2011/12 провів в клубі «Санкт-Паулі» в оренді.
Закріпитися в першій команді і стати основним гравцем Карлосу вдалося тільки в «Айнтрахті», куди він перейшов у 2012 році і який якраз повернувся до Бундесліги. За чотири сезони в новому клубі Самбрано провів 101 матч. Кращий результат за цей час - фініш на шостому місці і потрапляння раунд плей-офф Ліги Європи сезону 2013/14.
У 2016 році, покинувши Німеччину, Карлос приєднався до казанського «Рубіну», відігравши 21 матч у всіх турнірах. Через рік з моменту переїзду в столицю Татарстану, 1 вересня 2017 року Самбрано відправився в оренду в грецький ПАОК. З січня 2018 - гравець «Динамо».
На міжнародній арені Карлос виступає з 2008 року, коли провів свій перший матч за національну збірну. З тих пір на рахунку гравця вже 43 матчі і 4 голи. Краще досягнення зі збірною - третє місце на Копа Америка-2015.
Що стосується ігрових якостей, то за своїм амплуа Самбрано - центральний захисник, правша, що має навички гри також на правому фланзі оборони. Незважаючи на 4 голи за національну збірну, на клубному рівні за всю кар'єру він забив всього один м'яч, граючи в оренді за «Санкт-Паулі».
Карлос - перший перуанець в історії «Динамо». За всю історію чемпіонатів України в реєстрі легіонерів - всього 5 перуанців, але сьогодні жоден з них вже не грає в Прем'єр-лізі.