Reçu à l'ESM de Saint-Cyr en 1869 et sorti prématurément sous-lieutenant à l'été 1870 pour cause de guerre contre la Prusse. Rapidement promu au feu lieutenant chef de section puis capitaine commandant d'une compagnie d'infanterie (octobre 1870). Rétrogadé au grade de lieutenant en 1872 il ne retrouvera ses galons de capitaine qu'en 1876. Seul acteur majeur de la Grande guerre à avoir vécu l'expérience de commandant de compagnie d'infanterie durant la guerre de 1870-1871 et connu l'intensité du combat moderne (près de la moitié de ses effectifs perdus au feu). Ses commandements et succès durant la Grande guerre devaient lui valoir la dignité de Maréchal de France, qu'il ne reçut finalement pas pour des raisons politiques, d'abord en juillet 1919, puis en février 1921. Clemenceau écrit alors : « Je n’aurais été ni surpris ni chagriné de voir le nom de M. le général de Castelnau parmi les six maréchaux de France. Il est regrettable qu’on l’ait oublié et c’est à nous et non pas à lui que cet oubli fait le plus grand tort. » (L'homme libre, mars 1921)
Cf. sa biographie par Jean-Louis Thiériot "Castelnau - Le maréchal escamoté. 1851-1944", Tallandier, 2024.
Inspirateur, cofondateur et président de la Fédération nationale catholique (FNC), qui regroupe jusqu’à deux millions d’adhérents et contraint le gouvernement à abandonner l’ensemble de son programme anticlérical (dénonciation du concordat alsacien, fermeture de l'ambassade au Vatican, expulsion des congrégations religieuses, suppression de l'école libre etc.).
Le général de Castelnau, âgé de 89 ans en 1940, désapprouve l'armistice, le régime de Vichy et la politique de collaboration, apportant bientôt son soutien moral, évidemment discret, à la poursuite de la guerre hors de France comme à la résistance intérieure.