Mit Honda debütierte Carlos Checa 1993 sowohl in der 125-ccm- als auch in der 250-ccm-Klasse der Motorrad-WM. Als Ersatzfahrer für den verletzten Alberto Puig stieg er 1995 in die 500-ccm-Klasse auf. In Barcelona fuhr er in dieser Saison seinen ersten Sieg ein. 1998 erreichte er mit Platz 4 sein bisher bestes WM-Ergebnis. Ein Jahr später wechselte er zu Yamaha und fuhr dort an der Seite von Max Biaggi. 2004 fuhr er noch ein Jahr zusammen mit Valentino Rossi. Platz 7 war den Japanern aber zu wenig, und deshalb wechselte er 2005 zu Ducati. Doch auch dort kam Checa nicht über Platz 9 hinaus und wurde wiederum entlassen. Für die darauffolgende Saison fand er im Tech-3-Yamaha-Team einen Platz, aber auch den musste er nach dem 15. Gesamtrang nach nur einem Jahr wieder räumen. In seinem letzten MotoGP-Jahr pilotierte er für Lucio Cecchinello eine Honda auf den 14. WM-Platz.