Secondogenito di quattro fratelli (due maschi, Pierantonio e Clemente, e una femmina, Marinella), incomincia a lavorare ancora bambino a Castello, rione di Lecco. Dopo aver praticato la ginnastica artistica e il ballo, nel 1955 si trasferisce a Milano, dove diventa allievo della scuola del Piccolo Teatro di Milano di Giorgio Strehler.
L'occasione internazionale arriva con il musicalfranceseLes Parapluies de Cherbourg (1964) di Jacques Demy, un film interamente cantato, in cui interpreta la parte del protagonista accanto a una giovane Catherine Deneuve. Il film ottiene all'estero consensi di critica e di pubblico e vince la Palma d'oro a Cannes, ma passa quasi inosservato in Italia per la idiosincrasia del pubblico italiano nei confronti dei musical, ancor più se sottotitolati.
In compenso, qualche anno più tardi, Castelnuovo diverrà uno degli attori più popolari in Italia grazie al ruolo di Renzo Tramaglino nella riduzione televisiva di I promessi sposi, andata in onda sul primo canale della Rai nel 1967, per la regia di Sandro Bolchi. Le sue scelte successive hanno privilegiato la televisione, dove ha preso parte a numerosi sceneggiati che hanno fatto seguito al primo grande successo; da ricordare Ritratto di donna velata (1974), con Daria Nicolodi. Nel 1976 subisce una grave perdita familiare, quando suo fratello Pierantonio viene picchiato a morte da un gruppetto di giovani legati al clan ndranghetista dei Coco Trovato [2]. Nel 1994 un'altra grave perdita per la morte, in un incidente stradale, dell'altro fratello Clemente.
Recita in uno dei più premiati film di tutti i tempi, Il paziente inglese (1996), nei panni dell'entusiasta archeologo italiano D'Agostino. Il pubblico lo ricorda ancora per la sua lunga carriera di atletico testimonial nella pubblicità dell'olio Cuore, in cui veniva ripreso nell'atto di saltare una staccionata. Nel 2013 Castelnuovo ha vestito i panni dello spregiudicato giudice Savio, nella serie Le tre rose di Eva 2, ruolo che ha continuato a ricoprire anche nella terza stagione della serie televisiva nel 2015.
Colpito già a 35 anni da un glaucoma che lo rese poi ipovedente[3], è morto a Roma il 6 settembre 2021 dopo una lunga malattia. Aveva 84 anni[4].
Vita privata
Aveva un figlio, Lorenzo, nato nel 1992 dalla relazione con l'attrice Danila Trebbi, ed è stato sposato dal 2010 fino alla sua morte con l'attrice Maria Cristina Di Nicola.
Massimo Turci in Un maledetto imbroglio, Giorno per giorno disperatamente, La cintura di castità, Un esercito di 5 uomini, Colpo grosso...grossissimo...anzi probabile, Il divorzio
^Rimane una scena cult quella in cui Castelnuovo si esibisce nel salto di una staccionata in campagna, per mostrare come, secondo lo sponsor pubblicitario, l'olio pubblicizzato non contribuisca all'aumento di peso di chi lo assume, che rimarrebbe sempre agile.
