Erste internationale Erfahrungen sammelte Lucía Carrillo im Jahr 2021, als sie bei den U20-Europameisterschaften in Tallinn in 23,83s den sechsten Platz im 200-Meter-Lauf belegte und mit der spanischen 4-mal-100-Meter-Staffel nicht ins Ziel kam. Anschließend gelangte sie bei den U20-Weltmeisterschaften in Nairobi mit 23,51s auf Rang vier über 200 Meter. Im Jahr darauf belegte sie bei den Ibero-Amerikanischen Meisterschaften in La Nucia in 23,82s den vierten Platz über 200 Meter und wurde mit der Staffel disqualifiziert. Im August schied sie bei den Europameisterschaften in München mit 23,64s im Vorlauf aus und kurz darauf gewann sie bei den U23-Mittelmeer-Meisterschaften in Pescara in 11,62s die Bronzemedaille im 100-Meter-Lauf hinter den Französinnen Chloé Galet und Mallory Leconte. 2023 schied sie bei den U23-Europameisterschaften in Espoo mit 24,21s im Halbfinale über 100 Meter aus und im August verpasste sie bei den Weltmeisterschaften in Budapest mit der Staffel mit 42,96s den Finaleinzug.
2022 wurde Carrillo spanische Meisterin in der 4-mal-100-Meter-Staffel.