Estudià arts plàstiques a la Universitat de Bolonya. El 1981 fundà la companyia Societas Raffaello Sanzio juntament amb la seva dona, la dramaturga Chiara Guidi, i la seva germana, l’escriptora Claudia Castellucci. El 1993 la companyia s’instal·là al Teatro Comandini de Cesena (Itàlia), on Castellucci ha desenvolupat bona part de la seva producció, que barreja llenguatges propis del teatre, de la música, la pintura, l’òpera, l’audiovisual o l’enginyeria per crear un art eminentment visual que busca la confrontació directa amb l’espectador. A meitat dels anys noranta les seves obres començaren a gaudir d’un significatiu renom internacional, i el director passà a ésser un habitual del festival d’Avinyó i a trepitjar nombrosos escenaris europeus, entre els quals hi ha el Teatre Lliure o el Teatre Grec de Barcelona, on s’han pogut veure diversos muntatges seus. Algunes de les seves obres més destacades són Amleto: La veemente esteriorità della morte di un mollusco (1992), Orestea (1995), Voyage au bout de la nuit (1999), el projecte Tragedia endogonidia (un ample cicle de representacions que es modifiquen al llarg del temps i dels llocs per on passen, començat l’any 2002), o la trilogia La Divina Commedia (2008).