Bilardo transcurrió su infancia entre el fútbol, el estudio y el trabajo (durante sus vacaciones escolares tenía que levantarse antes del amanecer para entregar los productos al Mercado de Abasto en Buenos Aires). A pesar de que en su juventud militó en las juveniles de San Lorenzo de Almagro, no abandonó su ambición de convertirse en un médico, en concreto ginecólogo, profesión que practicó durante un breve período de tiempo.
Jugó en las categorías inferiores de San Lorenzo de Almagro, hasta que en 1958 le llegó la oportunidad de jugar en el primer equipo. Alternó como suplente en el Campeonato de 1959, ganado por el club, y en la Copa Libertadores de 1960. Durante las temporadas de 1961 a 1965 jugó con Club Deportivo Español.
En 1965 fichó por el Estudiantes de la Plata, equipo con el que ganó una Liga en 1967; tres Copas Libertadores de América en los años 1968, 1969 y 1970, la Copa Interamericana de 1969, además de una Copa Intercontinental de Clubes en 1968 y siendo dos veces finalista de la Copa Intercontinental en 1969 y 1970. Bilardo se retiró como futbolista al finalizar la temporada de 1969/70 en Estudiantes de La Plata.
Como jugador ha sido internacional con la selección de fútbol de Argentina, debutando en 1959 en los Juegos Panamericanos de EEUU, obteniendo la medalla de oro con la Selección.
Primeros años (1970-1982)
Su carrera como técnico empezó en 1970 en Estudiantes de La Plata como segundo entrenador de Osvaldo Zubeldía quien fuera su entrenador en la gloriosa época de Estudiantes. En 1971 asumió como director técnico y logró evitar lo que parecía un descenso seguro de Estudiantes . Luego volvió a ocupar la misma función en 1973 y en 1975 logró el subcampeonato Nacional, terminando invicto, detrás de River Plate.
Se radicó en Cali, Colombia, entre los años 1976 y 1979, dirigiendo al Deportivo Cali y logrando llevar por primera vez en la historia a un equipo colombiano a la final de la Copa Libertadores de América en 1978, perdiendo frente al Boca Juniors. En 1979 dirigió en regular campaña a San Lorenzo de Almagro. Durante los años 1980 y 1981 dirigió la Selección de fútbol de Colombia de cara a la clasificación para la Copa Mundial de Fútbol de España de 1982.
En el año 1982 nuevamente se hizo cargo del puesto de entrenador en Estudiantes de La Plata, consiguiendo ganar una Liga (Campeonato Metropolitano) en ese año, con un gran equipo y una forma de juego novedosa para la época. En 1982, gracias a la gran campaña realizada con Estudiantes, se convirtió en el seleccionador del equipo nacional argentino.
Selección Argentina (1982-1990)
Después del fracaso de la Selección Argentina en el Mundial de España de 1982, Carlos Bilardo fue nombrado seleccionador, luego de la gran campaña realizada con Estudiantes de La Plata. La mayor meta era volver a conseguir una Copa Mundial de Fútbol en 1986 y Bilardo traía consigo una nueva idea de acerca de la concepción del juego de los equipos de fútbol y eso lo trasladó a la Selección. Incorporando nuevos jugadores para debutar en la Selección, sobre todo jugadores de Estudiantes de La Plata e Independiente, equipos que en aquellos años dominaban el fútbol argentino. La conducción de Bilardo al frente del seleccionado estuvo plagada de críticas por parte del periodismo,[cita requerida] sobre todo respecto de la concepción del juego que éste trasladó al equipo, proveniente de la gloriosa época de Estudiantes de La Plata bajo la conducción de Osvaldo Zubeldía del que Bilardo fue jugador y emblema.
El equipo fue capitaneado por Diego Maradona, a quien Bilardo nombró en detrimento de Daniel Passarella. En 1985, esa selección enfrentó las dificultosas eliminatorias hacia el Mundial de México 1986, y obtenida la clasificación gracias a una destacable intervención del mismo Passarella en el último partido de la serie, ante la selección peruana. La presencia de Bilardo en el cargo fue objetada, al punto de difundirse rumores[¿por quién?] de que el Gobierno de Alfonsín pretendía su alejamiento.
Sin embargo, la selección obtuvo el Mundial de México 1986 de forma brillante e indiscutida, y Diego Maradona se proclamó el mejor jugador del mundo. El nuevo sistema de juego impuesto por Bilardo, compuesto por tres defensores (un líbero y dos stoppers), cinco mediocampistas y dos delanteros, asombró al mundo, al punto que la revista inglesa World Soccer lo reconoció como el último sistema táctico del Siglo XX.[cita requerida] Este logro le permitió a Bilardo un nuevo período de cuatro años al frente de la Selección de cara al Mundial de Italia 1990.
Argentina llegó a ese mundial con un equipo diezmado por las lesiones, en el que se encontraban parte de las grandes figuras que en 1986 lograran la Copa del Mundo más jóvenes jugadores como Claudio Caniggia, Sergio Goycochea y Pedro Troglio. Ese equipo no brilló tanto como el de cuatro años antes pero demostró oficio y mucha personalidad en situaciones adversas dejando en el camino a grandes favoritos como Brasil e Italia. Sin embargo, Argentina cayó en la final ante Alemania Occidental con un gol a cinco minutos del final, tras un discutido penal.
Luego del Mundial '90 existió una fuerte polémica debido a que, según algunas versiones,[cita requerida] durante el desarrollo del partido contra Brasil habría ordenado ofrecer botellas con agua que contenían una sustancia que producía somnoliencia a los jugadores brasileños, en particular al defensor Branco. Esta versión fue confirmada por Maradona,1 pero siempre desmentida por Carlos Bilardo, así como por Julio Grondona.23 Por esta causa Sebastiao Lazaroni, técnico de la selección brasileña en ese mundial, declaró a distintos medios que solicitaría sanciones a la FIFA. Sin embargo, no se conoce que hayan existido presentaciones en ese sentido.
Luego de 1990, Bilardo decidió retirarse como entrenador de la selección, a pesar del pedido del público[¿quién?] y del Presidente de la Nación, Carlos Menem, para que continuara.
Sevilla (1992-93)
A mediados de la temporada 1992-93 fichó por el Sevilla FC junto a Diego Maradona, en el que ambos permanecieron sólo una temporada. El equipo andaluz terminó el campeonato en séptima posición, pero Maradona y Bilardo terminaron enfrentados después de que el jugador lo insultara en la cancha cuando el técnico decidió su reemplazo.5 Bilardo sería llamado de urgencia una vez más por la directiva del Sevilla FC en la temporada 1996-97 a fin de mantener la permanencia del equipo en la Liga española de fútbol. Bilardo estuvo en el cargo solamente dos fechas, habló con los jugadores sobre la situación del equipo y regresó a la Argentina. El Sevilla terminó la temporada en vigésima posición y descendió a la Segunda División.
Boca Juniors (1996)
En 1996, Bilardo fue designado como entrenador del Club Atlético Boca Juniors bajo la reciente presidencia del club de Mauricio Macri. En el Torneo Clausura 1996 realizó una aceptable campaña, en la que el equipo xeneize por momentos peleó la punta torneo a pesar de algunos irregulares resultados. Sin embargo en la tres últimas fechas no logró ganar y obtuvo finalmente el 5° puesto. En cuanto a partidos importantes se destacan una histórica derrota de local frente a Gimnasia y Esgrima La Plata por 0-6 y la victoria en el Superclásico frente a River Plate por 4-1 con tres goles de Claudio Caniggia.
En la segunda mitad del año se disputaron la Supercopa 1996 y el Torneo Apertura 1996. En la copa internacional Boca se mostró sólido defensivamente y clasificó a la segunda fase del torneo ganando su grupo, pero quedó eliminado de manera invicta en cuartos de final por penales frente al Cruzeiro de Brasil, obteniendo un 5° puesto. En el campeonato local la campaña fue muy irregular, aunque se destaca otro triunfo frente a su archirrival River Plate por 3-2 con un recodado gol en tiempo de descuento de Guerra de cabeza. Sin embargo, la imposibilidad de pelear por el campeonato más la ya consumada eliminación en la copa, Bilardo dejó de ser entrenador siendo reemplazado en las dos últimas fechas de manera interina por la dupla Francisco Sá y Roberto Mouzo donde equipo finaliza en el 10° puesto.
Estudiantes de La Plata (2003-2004)
Bilardo volvió a Estudiantes de La Plata en 2003. En aquel año, el club estaba al borde del descenso, pero bajo su conducción, el equipo se repuso de esa grave situación y se quedó en Primera. Bilardo permaneció en el cargo hasta junio de 2004, cuando decidió retirarse de la dirección técnica por problemas personales que no aclaró.
Tras la eliminación de la selección nacional en Italia 1990, Bilardo trabajó como comentarista y periodista deportivo para varios canales de televisión, especialmente la cadena deportiva Fox Sports. Transmitió cuatro Mundiales (1994, 1998, 2002 y 2006), dos para Canal 13 y dos para Telefé. También fue secretario de Deportes de la provincia de Buenos Aires, cargo que ocupó desde 2007 hasta 2008 que pasó a ser secretario de Selecciones Nacionales de la AFA.
El 28 de octubre de 2008, se dio a conocer la nueva dirección técnica de la Selección de fútbol Argentina, siendo designado Diego Armando Maradona como director técnico y Carlos Bilardo como el director general de Selecciones Nacionales. Bilardo mantuvo este cargo durante los Mundiales de Sudáfrica 2010 y Brasil 2014. Bilardo renunció en agosto de 2014 tras el anuncio de Gerardo Martino en la dirección técnica del seleccionado argentino.