In november 2005 nam Arsenal de destijds zestienjarige Vela voor 150.000 euro over van de Mexicaanse topclub Chivas de Guadalajara. In eerste instantie werd de linksbenige aanvaller nog verhuurd aan het Spaanse Salamanca en Osasuna, maar in het seizoen 2008/2009 kwam hij voor het eerst uit voor Arsenal.
In tweeënhalf jaar kwam Vela uiteindelijk tot 62 wedstrijden en elf doelpunten voor The Gunners. Na verhuurperiodes aan West Bromwich Albion en Real Sociedad vertrok Vela in de zomer van 2012 definitief naar het noorden van Spanje. Vela werd voor zo'n 4,7 miljoen verkocht aan de Baskische club, maar dat is volgens de Daily Mirror ook het bedrag dat Arsenal neer zou moeten leggen om hem weer terug te halen naar Londen. De vraag is echter of Vela een terugkeer zelf ook ziet zitten.
De 35-voudig Mexicaans international is bezig aan een goed seizoen met Real Sociedad, dat momenteel vierde staat in de Primera Division. Carlos Vela scoorde in 27 duels al twaalf keer.
