Studia arte, scultura e architettura in Belgio fino al 1956, anno in cui si laurea alla École Nationale Superieure. L'anno successivo torna in Italia, stabilendosi a Milano, qui diviene esponente attivo della nuova scena artistica. In particolare stringe rapporti di amicizia e collaborazione con Piero Manzoni, con il quale forma un sodalizio artistico che incuriosiva i commentatori dell'epoca per il contrasto tra le loro personalità: tanto era vulcanico, scapigliato e giocoso Manzoni quanto Castellani era serio, distinto e riflessivo. Dopo prime esperienze di carattere informale, ispirate all'action painting americana e soprattutto da Mark Tobey, riconoscendo questo tipo di arte come maturo per un superamento, elabora con la collaborazione alla rivista Azimuth da lui fondata insieme a Manzoni, un nuovo inizio, che propone l'azzeramento totale dell'esperienza artistica precedente, basato su un nuovo patto con il progresso sociale. Tale azzeramento viene realizzato da Manzoni, Castellani e Bonalumi con l'utilizzo di tele monocrome (spesso totalmente bianche) estroflesse con varie tecniche in modo da creare effetti di luci ed ombre cangianti con l'inclinazione della sorgente luminosa. Si trattò di un'esperienza del tutto originale e considerata di fondamentale importanza nella storia dell'arte astratta del novecento, non solo per quanto riguarda la scena italiana, ma soprattutto di quella internazionale, la cui eco influenzò ed ispirò Donald Judd che in un articolo del 1966 definì Castellani padre del minimalismo. Se Piero Manzoni scelse come materiali prediletti il caolino e il cotone per i suoi celeberrimi "Achromes", Castellani avvia un percorso rigorosissimo di studio ed analisi delle possibilità fornite dall'estroflessione della tela mediante l'utilizzo di chiodi e centine inserite dietro la tela. È nel 1959 che Castellani realizza la sua prima superficie a rilievo, dando vita ad una poetica che sarà la sua cifra stilistica costante e rigorosa e definendo ciò che la critica ha chiamato “ripetizione differente”, considerata da molti critici di estrema purezza, dove la ripetizione accuratamente scelta dei pieni e dei vuoti data dalle ritmiche estroflessioni della tela costituisce un percorso sempre nuovo, anche se coerente e intenso. Da allora il suo procedere continua a svilupparsi nell’ambito dell’estroflessione, ma nella sua compatta e coerente produzione troviamo alcune opere che si discostano nettamente dalle superfici a rilievo, rivelando molto su temi cari a Castellani quali il tempo, il ritmo e lo spazio. Anche nelle rare opere su carta Castellani è riuscito a realizzare il suo personalissimo stile di estroflessioni ritmiche. Nel 1967 realizza “Ambiente bianco” per la mostra “Lo spazio dell’immagine”, a Palazzo Trinci, a Foligno; nel 1968, in occasione de “Il teatro delle mostre”, alla galleria La Tartaruga di Roma, viene presentato “Il muro del tempo”; nel 1969 realizza “Spartito” e nel 1970 “Obelisco”. Dal suo esordio sino ad oggi si susseguono una serie di importanti esposizioni in spazi pubblici e privati. Partecipa alla Biennale di Venezia nel 1964, nel 1966 (con una sala personale), nel 1984 e nel 2003. Nel 1965 partecipa alla collettiva "The Responsive Eye" al MoMA di New York e alla VIII Biennale di San Paolo in Brasile. Nel 1994 è invitato alla mostra "The Italian metamorhosis" al Salomon R. Guggenheim Museum di New York. Un'importante mostra antologica curata da Germano Celant è stata allestita alla Fondazione Prada di Milano nel 2001.