Carmelo nació en la localidad de Deusto (actualmente un barrio de Bilbao) en 1898. Comenzó jugando en la SD Deusto de su localidad natal hasta que en 1921 fichó por el Athletic Club. Con el Athletic Club jugó 8 temporadas convirtiéndose en uno de los referentes de su equipo. Ganó 1 Copa de España y 6 Campeonatos de Vizcaya con los bilbaínos. Durante varios años ejerció como capitán del equipo. Se mantuvo a lo largo de su carrera como amateur, e incluso llegó a renunciar a una oferta del FC Barcelona que le ofreció cincuenta mil pesetas y además nunca quiso cobrar dinero alguno por jugar al fútbol. El Athletic financió a perpetuidad una cama a su nombre en el bilbaíno Hospital de Basurto.^[1]​^[2]​

Se retiró tras jugar la primera temporada de Liga en 1929. A lo largo de su última campaña logró seis tantos, destacando el primer hat-trick de la historia en Primera División del club rojiblanco, en San Mamés, frente al RCD Espanyol (9-0).^[3]​

En 1946 se incorporó a la junta directiva del Athletic Club.

Carmelo Goyenechea fue convocado en 10 ocasiones para jugar con la Selección española. Debutó el 17 de diciembre de 1922 en un amistoso contra Portugal, en Lisboa. Con posterioridad tomó parte en los Juegos Olímpicos de París 1924. Jugó su último partido con la selección española, el 22 de abril de 1928, ante Italia. En total marcó tres goles

• Ficha oficial de Carmelo Goyenechea en RFEF
• Ficha oficial de Carmelo Goyenechea en Athletic Club
• Carmelo Goyenechea - Historia del Club
• Salinas, David. «Carmelo, un 'león' cedido al Barça». Diario Sport. Consultado el 24 de agosto de 2024.