Construit à la fin du XIVème siècle, vers 1380, le château Carbonnieux est l'un des crus les plus anciens du très vieux terroir des Graves, berceau des vins de Bordeaux. Il est établi sur les croupes silico-calcaires dominant la fraîche vallée de "l'Eau-Blanche", qui traverse la commune de Léognan.
C'est sur un vignoble en piètre état que la famille Perrin, déjà propriétaire de vignes en Algérie, jette son dévolu dans les années 1950. Ravagé par le phylloxera à la fin du XIXème siècle, le domaine souffre de la crise de sur-production chronique qui frappera l'ensemble du vignoble français jusqu'à la fin des années 1960. Inhabités depuis la première guerre mondiale, les bâtiments sont délabrés. En outre, l'hiver qui suit le rachat (1956) est l'un des plus froids du siècle, avec des températures qui frôlent les -20° ! Marc Perrin entreprend alors de redonner au domaine le lustre de sa plus belle période, qui remonte au XVIIème siècle. Le vignoble fait l'objet d'un programme de replantation complet.

Lors du classement des vins de Graves de 1959, le château est classé en rouge et en blanc. C'est l'un des 6 châteaux à être classé dans les deux couleurs. Les résultats se font réellement sentir à partir du début des années 1980, sous la houlette d'Antony Perrin, qui reprend les rênes à partir de 1982. Formidable visionnaire, il porte le cru à son plus haut niveau, en rouge comme en blanc. Il procède aussi au rachat d'autres domaines de l'appellation : Le Sartre, Tour-Léognan, Bois-Martin, Lafon-Menaut et Haut-Vigneu. Respecté de ses pairs, il participera à la création de l'appellation Pessac-Léognan en 1987. Depuis son décès en 2008, la relève est assurée par ses deux fils. Le château La Tour Léognan, vignoble voisin de Carbonnieux fut racheté en même temps par la famille Perrin et fut le second vin de la propriété avant la création de la Croix de Carbonnieux. Il en est désormais le troisième vin.

La Tour Léognan, un temps second vin de Carbonnieux, peut-être considéré aujourd'hui comme son troisième vin depuis la création de la Croix de Carbonnieux. Ce cru présente un superbe pessac à boire sur le fruit après 2 à 6 ans de garde.