Jako pierwszy zawodnik w historii brał udział w pięciu Mistrzostwach Świata. Zagrał na wszystkich turniejach od 1950 do 1966 roku. Jednak na żadnym z nich reprezentacji Meksyku nie udało się wyjść z grupy. Był pokonywany między innymi przez tak graczy, jak Raymond Kopa, Nils Liedholm, Mário Zagallo, czy Pelé.
Łącznie w narodowej kadrze rozegrał 48 meczów, w tym 11 na Mistrzostwach Świata.
Profesjonalną karierę bramkarz, znany jako „La Tota”, rozpoczynał w Club España. Występował tam w latach 1948-1950, zanim drużyna ta wycofała się z rozgrywek ligi meksykańskiej. Później przez 16 lat reprezentował barwy Club León. Rozegrał tam 364 mecze ligowe. Z tym zespołem wywalczył dwa tytuły mistrza Meksyku i raz wygrał krajowy puchar.
Po zakończeniu kariery Carbajal trzykrotnie pełnił funkcję szkoleniowca Club León. Dwa razy zdobywał z nim Puchar Meksyku. Poza tym prowadził także: Unión de Curtidores, Atletas Campesinos i Atlético Morelia. W tym ostatnim klubie pracował nieprzerwanie przez dziesięć lat.
Antonio Carbajal był ostatnim żyjącym uczestnikiem pierwszych powojennych Mistrzostw Świata w Brazylii w 1950 roku.