Geboren 1930 in Castelmassa in der Provinz Rovigo. Castellani studierte zunächst in Novara und Mailand, bevor er 1952 nach Brüssel zog, um Kunst und Architektur an der Königlichen Akademie der Schönen Künste und der Nationalen Schule für Architektur und Schöne Künste in Cambre zu studieren. 

1956 zog er nach Mailand, wo er begann, die konventionelle Art des Kunstschaffens zu überdenken und die Grenzen zwischen Malerei, Skulptur und Architektur zu verwischen.  

1959 hatte er eine Eingebung, die zu einem grundlegenden Aspekt seiner Kunst wurde: Er breitete eine monochrome Leinwand über eine Struktur aus Haselnüssen aus. Das Ergebnis war eine Kombination aus Malerei, Skulptur und elementaren Objekten der Natur. Die Haselnüsse unter der Leinwand bildeten Höhen und Tiefen, die Schatten, Texturen und Kontraste erzeugen. 

1959 gründeten Castellani und Manzoni die kurzlebige, aber wichtige Galerie Azimut, in der Castellani seine erste Einzelausstellung hatte. 

Azimut wurde mit der Gruppe ZERO assoziiert: ein internationales Netzwerk von Künstlern, die sich der Wiederherstellung der Beziehung zwischen Kunst und Licht, Raum und Fluss verschrieben haben, um eine kontinuierliche Veränderung zu suggerieren. Später ersetzte Castellani die Haselnüsse durch Nägel.  

Diese Werke wurden als seine "Lichtbilder" oder "Oberflächen" bekannt. Ähnlich wie seine Gleichgesinnte der Gruppe ZERO von Naturphänomenen fasziniert waren, widmete sich Castellani der Modulation des Lichts und nutzte dessen visuelles und taktiles Potenzial. Er lädt den Betrachter ein, sich in seinen Leinwänden zu verlieren und eher das Material und die Struktur als das Gesamtkunstwerk zu betrachten. 

Castellanis künstlerische Methode wurde bestätigt, als er diesen Ansatz weiter erforschte und mit unendlichen Variationen von Mustern, Oberflächenspannung, Modulationen von Licht, Materialien, Texturen und Farben experimentierte. Er schuf auch Installationen mit vorgefertigten und skulpturalen Objekten, die er "objekthafte Arbeiten" nannte. Während seines gesamten Weges fuhr Castellani fort, durch die Verwendung verschiedener Materialien Muster der arithmetischen Progression zu erforschen, die zu einem Gefühl der Unendlichkeit führen. 

Im Jahr 1965 nahm er an der Ausstellung The Responsive Eye im Museum of Modern Art in New York teil. Im Jahr 1966 hatte er seine erste Einzelausstellung in New York in der Betty Parsons Gallery.  

Castellani vertrat Italien auf den Biennalen von Venedig 1964, 1966 und 1984 sowie auf der Documenta 4 in Kassel (Deutschland) im Jahr 1968. 

Nach mehr als einem Jahrzehnt in der Mailänder Kunstwelt zog sich Castellani 1973 in das kleine Dorf Celleno zurück, wo er für den Rest seines Lebens lebte und arbeitete. In seinen letzten Jahren konzentrierte er sich mehr auf die Bildhauerei und fertigte Aluminiumreliefs an, die die verborgenen Strukturen seiner früheren Gemälde wiedergeben. 

Sein Werk wurde in der Ausstellung Italian Identity ausgestellt: Kunst in Italien ab 1959 im Centre Pompidou in Paris (1981) und The Italian Metamorphosis, 1943-1968 im Solomon R. Guggenheim Museum in New York (1994). 

Im Jahr 2001 widmete die Prada-Stiftung in Mailand seinem Werk eine große Einzelausstellung, und 2010 erhielt er als erster italienischer Künstler den Praemium Imperiale für Malerei von der Japan Art Association.  

Castellanis Werk war in der Ausstellung ZERO: Countdown to Tomorrow, 1950-60s, 2014-15 im Solomon R. Guggenheim Museum in New York zu sehen, sowie in der Ausstellung mit dem ähnlichen Thema ZERO is INFINITY im Yayoi Kusama Museum in Tokio 2020.