Edzői pályafutását a spanyol RCD Espanyol csapatánál kezdte először, mint ifjúsági edző. 2006–2007-ben az akkor negyedosztályúGirona FC csapatánál volt vezetőedző, majd újra az Espanyolhoz került, mint játékosmegfigyelő, és előbb a B-csapat, majd az első csapat másodedzője. 2011-ben a magyar Videoton csapatához került Paulo Sousa edző stábjának tagjaként, mint pályaedző. A csapattal megnyerték a 2011–2012-es magyar ligakupát, a 2011-es magyar szuperkupát és a 2012-es magyar szuperkupát. 2013-ban Sousa távozott, érkezett José Manuel Gomes, aki megtartotta pályaedzőként. 2014-ben Gomes is távozott a klubtól, ekkor Carrillót nevezték ki vezetőedzőnek.[4] Csapatával 2015. május 3-án megszerezte a klub történetének második bajnoki címét,[5] ezzel (a finn Martti Kuusela és a cseh Miroslav Beránek után) ő lett a magyar élvonal harmadik külföldi edzője, aki bajnokságot nyert.[6]2015 novemberében a másodosztályú UD Almería vezetőedzője lett, de kilenc mérkőzésen hat döntetlen és három vereség volt a mérlege ezért decemberben menesztették.[7]
2016 decemberében nevezték ki a horvát Hajduk Split élére.[8] Első szezonjában a harmadik helyen végzett csapatával a bajnokságban. A szezon csúcspontja a Hajduk 2-0-os győzelme volt a rivális Dinamo Zagreb ellen, míg Futács Márkó 18 góljával a bajnokság gólkirálya lett. A szezon után Carillo szerződését meghosszabbították a 2017-18-as évadra, azonban 2017. november 6-án menesztették miután két nappal korábban kikapott csapatával az NK Rudeštől.[9][10] 2017 decemberében a lengyel Wisla Kraków élére nevezték ki, ahol honfitársát, Kiko Ramírezt váltotta a kispadon.[11] Első bajnoki mérkőzésén a Lechia Gdańsk ellen irányította a csapatot.[12] 16 bajnoki mérkőzésen vezette a klubot, de mivel az 2018 júniusában csak a bajnoki tabella 6. helyén állt, 2018. június 12-én felbontották a szerződését.[13] 2019 novemberében, miután menesztették Marko Nikolićot, visszatért Székesfehérvárra és a MOL Fehérvár FC néven szereplő Videoton vezetőedzője lett.[14] A 2019-2020-as idény végén távozott a székesfehérvári klub éléről, amellyel 27 tétmérkőzésen 13 győzelmet, 10 döntetlent és 4 vereséget ért el, a bajnokságot pedig a második helyen zárta.[15] 2021. november 8-án nevezték ki a Debreceni VSC vezetőedzőjének. 2023. február 1-jén nevezték ki a spanyol Lugo élére.[16]
