Profesional entre 1997 y 2011, logró también tres victorias de etapa en elTour de Francia y se clasificó varias veces entre los diez primeros de la rondagala y de laVuelta a España, habiendo conseguido podio en las tres grandes (Giro, Tour y Vuelta).
Está casado con la hermana del fallecido ciclistaJosé María Jiménez y, actualmente, reside en la ciudad deÁvila.[3][4]
Carlos Sastre con elmaillot amarillo del Tour de Francia de 2008, entrando en la meta de París tras lograr su victoria en la carrera.
Se crio en el municipio madrileño deLeganés, y a los 18 años se mudó aEl Barraco (Ávila),[5] para formarse como corredor en la escuela de ciclismoFundación Provincial Deportiva Víctor Sastre, que supadre fundó en los años 80 para luchar contra la drogadicción y dar esperanza a los jóvenes de la vecindad a través de este deporte.
Debutó como profesional en el equipoONCE deManolo Saiz en 1997, estructura en la que desempeñó fundamentalmente el papel degregario y con la que obtuvo su primer éxito al imponerse en la clasificación de la montaña junto con un octavo puesto en laVuelta a España 2000.
Su mejor resultado en la Vuelta a España ha sido el segundo puesto logrado en dos ediciones, la edición de2005 y la de2007, aunque anteriormente ya fue 4.º en vuelta ciclista a España 2006 y 6.º en2004.
En el Tour de Francia siempre ha cuajado grandes actuaciones.En sus primeros tours con el CSC trabajó como gregario para otros corredores comoIvan Basso, aun así se colocó entre los diez primeros varios años, 8.º en2004, 9.º en2003 y 10.º en2002.
Fue tercero en2006 después de la descalificación de Floyd Landis, hizo excelentes etapas como en la 17.ª, Saint Jean de Maurienne-Morzine en la que atacó y fue segundo detrás de Floyd Landis, pero tras ser descalificado este, la victoria pasó a su poder.
Quedó en 4.º en2007, en el que demostró una gran regularidad en la montaña pero fallando en las cronos, quedando por detrás de corredores más especialistas comoAlberto Contador,Cadel Evans yLevi Leipheimer.
2008: ganador del Tour de Francia y pódium en la vuelta
Su mejor actuación llegó en la edición de2008 en la que se alzó con el triunfo final. En esta edición ganó la etapa deEmbrun-Alpe d'Huez tras una fuga en solitario a lo largo del puerto, lo que le hizo vestir el maillot de líder con 1' 24" sobre su inmediato perseguidorFränk Schleck. Esta ventaja fue suficiente como para conseguir el triunfo final en París,[6] a pesar de una dura penúltima etapa contrarreloj en la que su rival más peligroso, el especialistaCadel Evans, consiguió recortar poco tiempo. Al acabar la etapa Sastre quiso acordarse de su familia y de su cuñado, el fallecido 'Chava' Jiménez: "Este es un sueño que queríamos los dos, seguro que desde allí me ha ayudado"
Completó la temporada 2008 con un tercer puesto en laVuelta a España, siendo entonces la primera ocasión desde que la Vuelta se disputa en septiembre en que el vencedor del Tour hace podio también en la ronda española. Este logro ha sido repetido desde entonces porChris Froome, quien ganó el Tour en2016 y terminó segundo en laVuelta.
El 5 de septiembre de 2008, en la jornada de descanso de laVuelta ciclista a España 2008, anunció su fichaje por el equipo canadienseCervélo para las dos temporadas siguientes, al estar en desacuerdo con su director de equipoBjarne Riis.[7]
En el año 2009, compitió en elGiro de Italia consiguiendo la victoria en dos etapas de montaña[8] y el segundo puesto de la general final tras las descalificaciones de lositalianosDanilo di Luca yFranco Pellizotti. Con esta carrera completa las tres grandes vueltas seguidas en menos de un año, con la victoria en el Tour, tercero en la Vuelta y segundo en el Giro.
Más tarde, realizó un discretoTour de Francia, donde finalizó en 17.ª posición. Fue entonces cuando dio por concluida su temporada, alegando cansancio físico y mental después haber corrido cuatroGrandes Vueltas consecutivas y losJuegos Olímpicos.
En el año 2010 acudió muy corto de días de competición alGiro de Italia. Tras varias caídas y sin encontrarse nunca a gusto terminó en el 8.º puesto. Se le detectó una hernia de disco que le provocó muchos dolores.Finalmente acudió alTour de Francia en el que nunca se encontró a gusto, hasta la semana final. Terminó en el puesto 20.º.Tras el Tour participó en laClásica de San Sebastián donde obtuvo la 3.ª plaza, su mejor resultado en una clásica.
Tomó la salida en la Vuelta a España, repitiendo su actuación de 2006 cuando participó en Giro, Tour y Vuelta.
El 16 de agosto de 2010 anunció su fichaje por el equipoTeam Geox.[9] Un año después, el 15 de septiembre de 2011, comunicó su decisión de retirarse del ciclismo profesional.[10]