Originaire de Barcelone, Carlos Checa reçoit sa première moto, une Mecatecno, à l'âge de dix ans. Il ne peut la piloter, au début, qu'en présence de son père, soucieux qu'il n'arrive rien à son apprenti motard. Trois ans plus tard, Carlos se met en selle sur une motocross 80cc et commence à disputer des courses.


En 1989, il se présente sur l'asphalte du circuit de Can Padro, avec une Honda NSR80. L'année suivante, c'est au guidon d'une Rieju qu'il s'aligne au départ du championnat de Catalogne 80cc, série qu'il remporte en 1991.

Son ascension vers le monde des GP commence alors, par une quatrième place dans le championnat d'Espagne et une huitième sur la scène européenne. Il dispute son premier GP en 1993, sur le circuit de Catalunya. Le jeune pilote, peu impressionné par ses adversaires, se classe septième après avoir livré bataille à Aspar et Gianola. Cette prestation suffit à convaincre son équipe de lui faire confiance pour la suite de la saison, dans le championnat du monde 250cc.

Il reste au sein de la même structure, l'année suivante, et termine au douzième rang général, avec le titre de meilleur pilote privé. En 1995, il rejoint l'équipe de Sito Pons, en 250cc. Carlos signe quelques bons résultats mais connaît également de nombreuses chutes et problèmes mécaniques. La grave blessure d'Alberto Puig, au Mans, le propulse au guidon de la NSR500 et, à la fin de la saison, il s'offre le luxe de mener les deux tiers du GP de Catalunya.

L'année suivante, il signe sa première victoire, à Barcelone. Le deuxième succès se fait attendre et il n'obtient, en 1997, que trois podiums. Jarama lui amène la deuxième victoire de sa carrière, en 1998, une saison que n'oubliera pas Checa, passé tout près de la mort à Donington. Quatrième du championnat 500cc, son meilleur classement, l'Espagnol prend alors la décision de partir chez Yamaha.

Il consacre l'année 1999 à se familiariser à sa nouvelle machine, pas adaptée à son style de pilotage. Carlos ne trouve pas les solutions et multiplie les chutes. Les résultats arrivent en l'an 2000 et Checa se présente chez lui, à Catalunya, en tête du championnat. Mais il se noie sous le déluge tombé le jour de la course et perd ses chances de décrocher le titre.

La saison 2001 se présente sous de bons auspices mais le premier GP fait bien vite déchanter le pilote Yamaha. Il se blesse, qui plus est, en Supermotard et est obligé de manquer le GP d'Afrique du Sud. Il monte ensuite trois fois sur le podium et manque de peu la victoire à Rio, tout dernier GP 500cc.

L'introduction des quatre-temps MotoGP, en 2002, convient parfaitement à Carlos, bien plus à l'aise. Il se maintient régulièrement dans les trois premiers mais ne peut rivaliser face aux Honda de Rossi et Ukawa. Il s'offre quatre podiums mais termine cinquième du championnat, après une fin de saison catastrophique.

2003 n'apporte pas plus de satisfaction à Checa. La Yamaha se montre bien peu compétitive dans les premières courses et ne permet pas à son pilote de se battre aux avant-postes. Plusieurs quatrièmes places sont les meilleurs résultats qu'il parvient à décrocher.

Valentino Rossi devient son équipier en 2004. Cette dernière campagne se passe plutôt mal, pour plusieurs raisons, malgré quelques belles prestations du pilote espagnol - poleman au Qatar et deuxième au Mans, notamment. Il conclut l'année au septième rang et croit ainsi fermer le chapitre 'Yamaha' de sa carrière.

Libéré par le constructeur japonais, Carlos Checa intègre, en 2005, l'équipe Ducati. La saison est un peu en dents de scie, pilote et team découvrant les pneus Bridgestone. Les progrès arrivent dans la dernière ligne droite, l'Espagnol monte à deux reprises sur le podium et pallie parfaitement à l'absence de Capirossi, blessé. Ces bons résultats ne suffisent pas à Checa pour convaincre ses patrons de prolonger son contrat. Ils lui préfèrent Gibernau. Carlos se tourne vers l'équipe Honda Pons mais celle-ci jette l'éponge au début de l'année 2006. Checa trouve refuge, in extremis, chez Tech 3 Yamaha.