歴代最高の左サイドバックと評される1人。1996年から2007年までスペインのレアル・マドリードに所属し、「銀河系軍団」と称されるスタープレーヤー軍団の一員として、黄金期を支えた。日本では「ロベカル」の愛称で親しまれている。
地元のクラブであるウニオン・サンジョアンでキャリアをスタートさせ、1993年にパルメイラスへ移籍。直ちに頭角を現しジーニョやエバイールらと共に1993年、1994年のブラジル全国選手権連覇に貢献した。この活躍によって1995年にイタリアのインテルへ移籍。インテルには1年間在籍したが、監督のロイ・ホジソンは彼を左ウイングの位置で起用する事を望み、左サイドバックでのプレーを望むロベルト・カルロスにとっては不本意なシーズンとなった。
1996年にスペインのレアル・マドリードへ移籍。11シーズン在籍し、通算512試合出場65得点を記録、リーグ通算370試合出場46得点を左サイドバックのポジションで記録した。10年近くの長きに渡り不動のレギュラーとして君臨し、非常に攻撃的なプレーで果敢にオーバーラップを仕掛け、左サイドからの高速グラウンダークロスにラウルがニアで飛び込む得点パターンは相手チームに脅威を与え、多くの得点を記録し数々のタイトル獲得に貢献した。クラブでは慢性的にサイドバックの層が手薄でありバックアップを務める選手が未熟だったこともあって、ロベルト・カルロスが欠場せざるを得ない試合は前述のような攻撃もなくなって攻撃力が大幅に低下してしまうことになり、その存在価値はクラブにとってとても大きなものであった。2003年にイエロ、マケレレという守備的な選手が移籍し、攻守のバランスが崩壊してからは彼の評価は無難なものになったが、それでも攻撃面では高いパフォーマンスを維持し続けた。2005年、ブラジル人FWロビーニョの入団後はクラブのEU外国籍の選手枠を空ける為にスペイン国籍を取得した。更にアルフレッド・ディ・ステファノを抜いてレアル・マドリードで最も多くの試合に出場した外国人選手となった。
2006年のドイツ・ワールドカップ終了後にブラジル代表を引退。以降はクラブチームでの活動に専念している。2007-08シーズンからは同郷のジーコが監督を務めていたトルコのフェネルバフチェへ移籍し2年契約を結んだ。
2010年1月、ブラジルのコリンチャンスへ移籍し2年契約を結んだ。
2011年2月にコリンチャンスとの契約を解除し、ロシアのFCアンジ・マハチカラに移籍した(2年半契約、年俸500万〜650万ユーロ)。
ブラジル代表には1992年のデビュー以来、125試合出場24得点を記録した。1998 FIFAワールドカップフランス大会では7試合全試合に出場した。2002 FIFAワールドカップ南米予選ではパラグアイ代表のGKホセ・ルイス・チラベルトから顔に唾を吐きかけられた。チラベルトはこの件で国際サッカー連盟から3試合出場停止処分を受けたが、この行為に至った経緯に人種差別発言があったことを示していた。本大会ではグループリーグのコスタリカ戦を除く6試合に出場。グループリーグの中国戦ではフリーキックから得点を決める等、ブラジルの5度目の世界制覇に貢献した(当時のフォーメーションは 3-5-2 でポジションはウイングバック)。
2006年のFIFAワールドカップドイツ大会の準々決勝のフランス戦の敗退を最後に代表から引退した。しかし、コリンチャンスへ移籍した2010年1月、ヘジ・グローボで2010年ワールドカップへの出場希望を述べた。
プライベートでは福祉活動にも精力的で、地元ブラジルのサンパウロ州アララス市には彼の寄付で建てられた保育園がある。
DFにも関わらず攻撃的な姿勢は、同僚のラウル・ゴンサレスに「DFの仮面を被ったFWだ」と評された。
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