Карлос родился в Колумбии, штат Миссури. Воспитывался в Вестоне, штат Флорида. В школе участвовал в спектаклях и был черлидером.
Карьера
Ещё учась в школе, Карлос появился в рекламе водяных пистолетов. Его лицо появилось на упаковке игрушки. Пена учился в Бостонской консерватории, когда его менеджер записал на прослушивание в «Big Time Rush». Карлос не хотел, но все-таки пошел на прослушивание. И через два месяца получил роль. В 2009 году переехал в Голливуд.
Личная жизнь
В 2010—2012 годах Карлос встречался с актрисой Самантой Дроук.
С 2013 года Карлос встречается с актрисой Алексой Вегой.
В сентябре 2013 года пара объявила о своей помолвке. 4 января 2014 года пара поженилась в Пуэрто-Вальярте, Мексика. Карлос и Алекса объединили свои фамилии, теперь оба носят фамилию ПенаВега (англ. PenaVega).