Pembebasan itu mempermalukan pemerintah sebelumnya.
Caro Quintero lalu bergerak di bawah tanah dan kembali menyelundupkan narkoba sebagai bagian dari Kartel Sinaloa, menurut para pejabat AS.
Pemerintah AS memasukkan Caro Quintero ke dalam daftar 10 buronan FBI paling dicari dan kepalanya dihargai 20 juta dolar AS (Rp299,93 miliar), imbalan terbesar dalam upaya menangkap seorang penyelundup narkoba.
Tahun lalu, pengadilan menolak pengajuan terakhirnya agar tidak diekstradisi ke Amerika Serikat.
Dia akan dipindahkan ke sana sesegera mungkin, kata seorang pejabat Meksiko yang lain.
"Ini mungkin salah satu penangkapan paling penting dalam dasawarsa terakhir bagi DEA," kata Mike Vigil, mantan kepala operasi internasional DEA.
Jaksa Agung AS Merrick Garland mengatakan dia akan segera mengajukan pemindahan Caro Quintero.
"Tidak ada tempat sembunyi bagi siapa pun yang menculik, menyiksa dan membunuh penegak hukum Amerika. Kami sangat berterima kasih kepada otoritas Meksiko atas penangkapan dan penahanan Rafael Caro-Quintero," kata Garland dalam pernyataannya.
Meski Caro Quintero (69 tahun) tak lagi dianggap sebagai pemain kakap dalam penyelundupan narkoba global, dampak simbolis dari penangkapannya sangat berarti.
Pakar keamanan Meksiko Alejandro Hope menilai penangkapan itu menegaskan kerja sama penting antara AS dan Meksiko meski sempat diwarnai perselisihan.