Nacido en Madrid, Gonzalo de Castro comenzó como figurante en el Teatro de la Zarzuela, tras estudiar en la RESAD y licenciarse en derecho.
En el ámbito cinematográfico ha trabajado en proyectos como La Ternura, de Vicente Villanueva; La familia perfecta, dirigida por Arantxa Echevarría; La maldición del guapo, de Beda Docampo, y Sin novedad, de Miguel Berzal. También participó en Superlópez, dirigida por Javier Ruiz Caldera, y en Las Furias, de Miguel del Arco, entre otros proyectos cinematográficos como ¿Para qué sirve un oso, de Tom Fernández y Rivales, de Fernando Colomo. En 2007, su interpretación en La Torre de Suso le valió una nominación al Goya como Mejor Actor Revelación.
En la ficción española ha trabajado recientemente en El problema final, de Félix Viscarret; El Inmortal, creada por José Manuel Lorenzo; en El Inocente, de Oriol Paulo y Citas, de Pau Freixas y David Selvas. También ha protagonizado otras como Matar al padre, B&B, de boca en boca y Doctor Mateo, que le valió diversos premios y reconocimientos. Su carrera televisiva comenzó en 7 vidas.
En el terreno teatral destacan obras como Doña Francisquita, dirigida por Lluís Pasqual, El precio, de Silvia Munt o El banquete, dirigida por Helena Pimenta y Catherine Marnas. Otros de sus trabajos en teatro incluyen Idiota, dirigida por Israel Elejalde; Invernadero, dirigida por Mario Gas; o Deseo dirigida por Miguel del Arco.
A lo largo de su carrera ha recibido varios premios, entre los que destacan el Premio TP de Oro como Mejor Actor de Televisión por Doctor Mateo en 2010; Premio Fotogramas de Plata como Mejor Actor de Televisión y el Premio Ondas como Mejor Intérprete Masculino en Ficción Nacional por la misma serie; y el Premio al Mejor Actor Protagonista de Televisión por 7 vidas. En 2007, fue nominado al Goya al Mejor Actor Revelación por su interpretación en La Torre de Suso.
