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Começou no Barcelona B em 1997, sendo promovido à equipe principal dois anos depois, onde joga até hoje como titular. É tido como um dos melhores zagueiros da atualidade. 
Alguns anos depois, tornou-se o capitão do Barcelona. Por ter nascido em uma cidade da Catalunha, ser idolatrado pelos torcedores e estar sempre expondo seu amor pelo clube, sendo um dos maiores ídolos da história deste, Puyol foi o escolhido para liderar a equipe.
Seu primeiro título da liga veio na temporada 2004–05, com o Barça, treinado por Frank Rijkaard.
Com um total de mais de 500 partidas com a camisa do Barcelona, atualmente é titular absoluto na zaga da equipe. Ele usa tanto a perna direita quanto a perna esquerda, por isso tem facilidade em jogar tanto na lateral direita como na esquerda.
Em 2 de outubro de 2012, em partida válida pela Liga dos Campeões da UEFA contra a equipe do Benfica, aos 75 minutos de jogo (30 da 2ª pare), quando foi ao ataque para tentar cabecear, Puyol caiu de mau jeito e acabou sofrendo uma grave lesão no braço esquerdo, tendo uma fratura séria. A cena do jogador no chão, com o braço virado, chocou todos no estádio.
Pela seleção, disputou os Jogos Olímpicos de Sydney, em 2000, na qual a Espanha ficou com a medalha de prata, e também a Euro 2004. Dois anos depois, foi titular na Copa do Mundo de 2006.
Em 2008, fez parte da seleção espanhola que conquistou a Euro 2008. Após o torneio, Puyol foi eleito um dos melhores jogadores deste, fazendo parte da equipe da Euro.
Em 7 de julho de 2010, Puyol marcou aquele que talvez foi o gol mais importante de sua carreira, na vitória sobre a Alemanha, o único da vitória que classificou a Espanha para a grande final, onde a Espanha acabou vencendo e se consagrando como a primeira seleção a vencer a Copa em território Africano.