Era filho do desembargador Christino Castello Branco e de Dulcilla Santana Branco. Formou-se em Direito pela Universidade de Minas Gerais, em 1943. Jornalista desde 1939, trabalhou na cadeia dos Diários Associados, passando por diversos cargos de chefia e fixando-se como repórter político, a partir de 1949, inicialmente no O Jornal, depois no Diário Carioca e na revista O Cruzeiro.
Vocação literária intermitente e absorvida pelo jornalismo, Castello Branco foi parte da "geração mineira de 1945", ao lado de Otto Lara Resende, Paulo Mendes Campos e Fernando Sabino, tendo publicado, em 1952, o livro Continhos brasileiros. Único contista piauiense citado por Herman Lima no seu livro Variações sobre o conto (MEC), a carreira puramente literária de Carlos Castello Branco interrompeu-se com o romance Arco de triunfo, publicado em 1959, para dar lugar a uma das mais fulgurantes carreiras do jornalismo brasileiro.
A atividade jornalística de Castello seria interrompida brevemente em 1961, quando assumiu o cargo de Secretário de Imprensa do presidente Jânio Quadros. A proximidade com Jânio Quadros possibilitou-lhe recolher dados e circunstâncias que ninguém mais seria capaz de alinhar com tanta percuciência e segurança, e que ele iria relatar no seu livro póstumo A renúncia de Jânio (1996). Ele próprio condicionou a publicação do depoimento a um prazo além de sua morte, porque não queria ninguém apontando-lhe reservas e omissões, ou até incapacidade em explicar a renúncia do presidente Jânio Quadros. Se houvesse por acaso alguma explicação objetiva, o notável jornalista que foi Castello Branco certamente decifraria as motivações desse ato.
Voltou ao jornalismo em 1962, como chefe da Sucursal do Jornal do Brasil em Brasília, cargo que exerceu até 1972, e como colunista político, que foi até o fim da vida, na sua Coluna do Castello. Reunindo suas colunas, publicou uma série de livros sobre "os fatos que precederam e sucederam o Movimento de março de 1964": os dois volumes de Introdução à Revolução de 1964 e os quatro volumes de Os militares no poder, que teriam seu seguimento, conforme disse o autor, "na medida da persistência do interesse público por um depoimento que, à margem da história, procura dar apenas uma visão parcial e contemporânea de situações complexas, repetitivas, monótonas, mas apaixonantes." A Coluna de Castello representou, por unânime consenso, a peça mais importante do jornalismo político brasileiro. Sua leitura, todos os dias, constituía uma obrigação fundamental de todas as pessoas com qualquer dose de interesse, direto ou indireto, na vida pública do país.
A história de Carlos Castello Branco confunde-se com a história da redemocratização brasileira. Desde a queda da ditadura Vargas, Castelinho como todos os jornalistas o chamavam passou a viver e a respirar com as instituições políticas. Pode-se dizer mesmo que passou a fazer parte delas: quando a liberdade floresce, Castello se torna uma das personalidades importantes da República; nas épocas de regressão, está sempre na primeira lista dos encarcerados. Não que ele fosse subversivo, perigoso. Ao contrário, era conservador e pacato. Mas seus escritos tinham a virtude de incomodar os poderosos que, a pretexto de salvar a pátria, escravizam seus concidadãos.
Além da aptidão jornalística de testemunhar, registrar e reter na memória, Castello era uma estrela de primeira grandeza na profissão de interpretar os fatos políticos.
Jornalista dos mais conhecidos e respeitados, foi eleito, em 1976, presidente do Sindicato dos Jornalistas Profissionais do Distrito Federal, cargo que exerceu até 1981. Em 24 de outubro de 1978, foi homenageado nos Estados Unidos com o prêmio Maria Moors Cabot, pela Universidade de Columbia, Nova York, destinado aos jornalistas notáveis das Américas.
Recebeu também o Prêmio Mergenthaler, de liberdade de imprensa; o Prêmio Nereu Ramos de jornalismo, dado pela Universidade de Santa Catarina; e o Prêmio Almirante, na área de jornalismo.
Era membro da Academia Piauiense de Letras e do Pen Clube do Brasil.
