V Real Madrid je prišel pri desetih letih starosti. Danes je star 23 let je bo še kar nekaj časa bil del prve ekipe belega baleta, potem ko je danes podaljšal pogodbo do leta 2020. Na pragu svoje tretje sezone v prvi ekipi Reala, je Dani Carvajal kot Madridista že osvojil 4 naslove: 1 Liga prvakov, 1 evropski superpokal, 1 svetovno klubsko prvenstvo in 1 Copa del Rey.
Svoj uradni debi v članski ekipi Real Madrida je dočakal 18. septembra 2013, ko je beli balet igral tekmo La Lige proti Betisu na domačem Santiago Bernabéuu (2-1). Od takrat naprej je desni bočni branilec odigral 88 tekem v različnih šestih tekmovanjih, pri tem pa je dosegel 2 gola in 8 asistenc.
Igral v vseh tekmovanjih
V svoji prvi sezoni je odigral 45 tekem (31 v La Ligi, 10 v Ligi prvakov in 4 v Copa del Rey), v sezoni 2014/15 pa je zbral še 43 nastopov (30 v La Ligi, 5 v Ligi prvakov, 3 v Copa Del Rey, 2 na svetovnem klubskem prvenstvu, 2 v španskem superpokalu in 1 v evropskem superpokalu).
Madrileño je eden od največjih uspehov Realove akademije. Klubu se je pridružil leta 2002, ko je začel igrati za ekipo do 11 let. Leto za letom je napredoval skozi kategorije mladinskega pogona belega baleta, kjer je igral devet sezon ter postal eden ključni igralec v ekipi do 19 let, ki je končala zmagovalno sezono 2009/10 z ligaškim in pokalnim naslovom.
To mu je odprlo vrata v rezervo ekipo Real Madrida, v Castillo, kjer je postal standardni član prve postave na desni strani v obrambi in bil ob enem tudi gonilna sila pri uvrstitvi ekipe v drugo špansko ligo v sezoni 2011/12. Po enoletni posoji pri Bayer Leverkusenu se je vrnil v svoj matični klub leta 2013, s katerimi pa je danes podaljšal svojo pogodbo vse do konca sezone 2019/20.
