È stato campione olimpico di maratona a Los Angeles 1984. In quell'occasione vinse il primo oro olimpico per il Portogallo, stabilendo con 2h09'21" un record olimpico destinato a durare quasi 25 anni.
Nato a Vildemoinhos, vicino a Viseu, Carlos Lopes lavorava come aiuto tagliapietre. Avrebbe voluto giocare a calcio ma il padre si oppose e dovette ripiegare sull'atletica. Nel 1967 entrò nello Sporting Clube de Portugal, dove rimase fino a fine carriera nel 1985.
Nella difesa del titolo mondiale di cross, a Düsseldorf (1977), terminò secondo. A causa di numerosi infortuni fallì poi la qualificazione ai Giochi olimpici di Mosca 1980.
Tornò ad alti livelli nel 1982 a Oslo, quando batté il record europeo dei 10000 m con 27'24"39, che apparteneva al suo connazionale Fernando Mamede. L'anno successivo fu vicecampione mondiale di cross a Gateshead.
Lopes corse la sua prima maratona nel 1982 a New York, ma non terminò la corsa per un incidente che lo fece scontrare con uno spettatore. Nella maratona seguente (Rotterdam), l'anno successivo, terminò molto vicino al vincitore, l'australiano Rob de Castella, con il record europeo di 2h08'39". Lopes corse i 10000 m ai Mondiali 1983 ad Helsinki, dove terminò 6º. Si concentrò quindi sulla maratona.
Nel 1984 vinse nel New Jersey nuovamente il campionato mondiale di cross. A Stoccolma aiutò Fernando Mamede a vincere e stabilire il nuovo record mondiale dei 10000 m in 27'13"81. Soprattutto, a 37 anni, conquistò a Los Angeles l'oro olimpico nella maratona.
Il primo ministro portoghese Mário Soares lo ha insignito della Grã-Cruz da Ordem do Infante.
Nel 1985, anno del suo ritiro, vince a Lisbona il suo terzo mondiale di cross; inoltre giunge primo alla maratona di Rotterdam, con la nuova miglior prestazione mondiale: 2h07'12". Nella sua ultima apparizione, alla maratona di Tokyo, si ritira; poi un incidente segna la fine della sua carriera.
Palmarès
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Campionati nazionali
1970
Oro ai campionati portoghesi, 10000 m piani - 30'26"6
1973
Oro ai campionati portoghesi di corsa campestre - 36'30"
1976
Oro ai campionati portoghesi di corsa campestre - 36'07"
1977
Oro ai campionati portoghesi di corsa campestre - 35'41"
1978
Argento ai campionati portoghesi, 10000 m piani - 28'21"0
1983
Oro ai campionati portoghesi, 5000 m piani - 13'28"1
Argento ai campionati portoghesi di corsa campestre - 33'35"
1984
Oro ai campionati portoghesi di corsa campestre - 34'26"
Altre competizioni internazionali
1971
Bronzo alla Round the Houses (San Paolo), 8,4 km - 23'56"
1972
Argento alla São Silvestre de Luanda (Luanda), 8,9 km - 26'18"
1973
Bronzo alla Round the Houses (San Paolo), 8,4 km - 23'50"
1974
Argento al Cross de San Sebastián (San Sebastián) - 31'03"
1975
Argento alla Corrida de Houilles (Houilles), 9 km - 25'07"
Argento al Cross de San Sebastián (San Sebastián) - 31'53"
1976
Oro al Cross de San Sebastián (San Sebastián) - 33'57"