Tras comenzar su carrera profesional en el Calahorra, Carlos Cuellar fue fichado por Osasuna en el año 2003 procedente del Numancia de Soria, donde habia realizado muy buena campaña.

Cuellar llegó a las ordenes de Aguirre y permaneció hasta 2007 en el cuadro navarro, viviendo los mejores años del C.A. Osasuna.

Tras sus buenos años en Osasuna, quiso cambiar de aires, abandonando la disciplina rojilla para poner rumbo a Escocia para militar en el Glasgow Rangers, donde ganó la Copa de la Liga y el subcampeonato de UEFA, en su única temporada en tierras escocesas.

Al terminar la 2007/08 permaneció en las Islas Británicas, pero viajó a Inglaterra para jugar en el Aston VIlla, donde permaneció las temporadas 2008/09; 2009/10, 2010/11y 2011/12,  consiguiendo la Peace Cup y el segundo puesto de la Carling Cup.

La temporada pasada (2012/13) fichó por el Sunderland, equipo en el que milita actualmente vistiendo el dorsal numero 24.