Sus padres fueron el extremeño Alonso Vargas de Carvajal, caballero de Alcántara, Gobernador de Cartagena de Indias y alcalde ordinario de Lima en 1598 (hijo de Diego de Carvajal Calderón, señor de Valero), y la limeña María Dávalos de Ribera, hija de Nicolás de Ribera, conquistador y primer alcalde ordinario de Lima. A temprana edad, al lado de su padre y su hermano Diego, sirvió en la Armada que el virrey García Hurtado de Mendoza organizó para combatir al corsario Richard Hawkins (1594).
Durante ocho años formó en las filas de la Compañía de Gentileshombres Lanzas, y luego pasó al batallón de infantería del Número, donde obtuvo el grado de capitán. A mérito de su carrera militar, fue investido con el hábito de caballero de la Orden de Santiago (1608), además de ser nombrado corregidor de algunas provincias, la última de las cuales fue el Cuzco (1620). Allí se distinguió por la protección que prestó a las letras; atendió a realzar la celebración del Corpus Christi, con la participación de danzantes provenientes de los repartimientos existentes hasta 10 leguas a la redonda y la presentación de coloquios que debían componer los alumnos del seminario, razón por la cual fue llamado "el corregidor de las comedias".
De vuelta a Lima atendió negocios agropecuarios, según lo evidencia la autorización que obtuvo del Cabildo para sembrar 12 fanegadas con semillas de alfalfa, para alimentar el ganado que tenía en su granja de Chuquitanta (1628). Muerto su hermano mayor, Diego, sin dejar sucesor, heredó el mayorazgo familiar; y tras la muerte de su tía Jordana, que sucesivamente había enviudado de Melchor Verdugo y Álvaro de Mendoza, heredó posesiones y obrajes en Cajamarca.
