Carlos Marchena López (ur. 31 lipca 1979 w Sewilli) – hiszpański piłkarz grający na pozycji obrońcy, wielokrotny reprezentant Hiszpanii, z którą zdobył m.in. Mistrzostwo Europy i Mistrzostwo Świata.
19 stycznia 2016 zakończył karierę zawodniczą.
Kariera klubowa Carlos Marchena karierę rozpoczął w Sevilli. Mimo młodego wieku, stał się podstawowym obrońcą ówczesnego zespołu Segunda División. W sezonie 1999/2000 przeniósł się do Lizbony, by grać w tamtejszej Benfice. Równie szybko stał się tam jednym z podstawowych graczy i już rok później został sprowadzony do Valencii.
W tym czasie stoperami Valencii byli Roberto Ayala oraz Mauricio Pellegrino. Marchena rywalizował z nimi o miejsce w składzie i rozegrał 16 spotkań. Przyczynił się także do zdobycia przez Valencię mistrzostwa Hiszpanii, które ostatni raz klub ten zdobył w 1971 roku. W następnym sezonie Marchena grał częściej. Zadebiutował także w rozgrywkach Ligi Mistrzów.